CN203203575U - 一种滑坡深部位移监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种滑坡深部位移监测系统，包括采集微震导波管发出的微震信号的微震传感器，将微震信号放大的程控增益放大器，滤除微震信号杂波并将滤除后的微震信号发送到ADC采样的滤波器，接收ADC采样后的微震信号、将信号再次滤除并采集微震信号能量积分曲线的微控制器；所述微震传感器、程控增益放大器、滤波器及微控制器顺次连接。本实用新型设备简单，具有施工方便、可大规模监测等特点；同时，在成本上大大优于传统采用加速度计的滑坡深部位移计。

Description

一种滑坡深部位移监测系统

技术领域

本实用新型涉及地质监测领域，尤其涉及一种滑坡深部位移监测系统。

背景技术

微震技术：大部分材料在承受荷载时，都会产生能量的积聚和释放这一过程或现象。在岩体中，由于重力（或其他力）的作用，内部极有可能会出现局部弹塑性能集中，而且随着能量积聚到某一值后，产生微裂隙并使其扩展就会进一步加大并发生，此时的弹性波或应力波也极有可能随着微裂隙的产生与扩展而在其周围的岩层中进行快速的释放和传播。而且，对于尺度比较大的岩体来说，这种弹性波或应力波的释放过程，高频信号在衰减过程衰减的非常快，所监测到信号的频率还比较低，但是其含有的能量很大，我们将频率在100～10KHz，称之为微震波；可对于尺度较小的岩体来说，一般情况下，其监测到的波的频率都会大200Hz，并且其含有的能量较小，称之为声发射，由于二者大部分的性质都具有较大的相似度，因此并没有对二者进行比较具体的划分。所以，通常把实验室和开采现场的这种比较大尺度上的能量释放都称之为作微震。

目前，国内外微震技术一般用于研究地震活动和预测大地震，研究地壳和上地慢的结构和构造，研究断裂构造的活动性、重大工程场地的稳定性、对大型水库、水坝、核试验和矿山井下的监测等。还未见将其用于滑坡深部位移的监测。

滑坡是一种常见的自然地质灾害，滑坡引起的山体垮塌以及暴雨后形成的泥石流常给国家建设和人民生命财产造成严重损失。如果能够对滑坡进行监测，实现滑坡危害的早期预报，就可以最大限度地减少和防止滑坡所造成的损失。

一般来说，对于滑坡的监测和预警，是将室外现场观测、实验室试验以及理论分析有机地结合在一起。在理论分析和实验室研究中，国内外已应用了多种方法，如用三重蠕变曲线的图形分析方法、半对数曲线法和变形速度倒数法进行边坡发生时间预测等Μ使用测量地表破坏声响反射的方法量测地表、地下水运动。但这些方法都是离线式和非实时性的。

地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件和植被等因素可以引起改变斜坡外形和使岩土性质恶化，这些都是影响滑坡形成的因素。因此，在野外滑坡监测时必须开展对上述因素的有效监测，并综合运用各种参数，采用合适的预测模型对滑坡进行有效预测。

目前，国内外用于滑坡监测的方法有GPS监测法、遥感监测法、TDR监测法、固定式钻孔倾斜仪监测法等。固定式钻孔倾斜仪具有灵敏度高、精度高的特点，并可以实现数据的自动连续采集，是测定滑坡体沿滑带产生的变形方向、变形量、变形速率，判断滑体深部变形状态的行之有效的监测仪器之一，因此固定式钻孔倾斜仪是滑坡监测中最常用的仪器之一。

滑坡是在斜坡上方的土体或岩体在重力的作用下，向下滑动的自然现象。由此可知，在滑坡发生时必然有斜坡上方的岩土对斜坡下方的岩土的挤压，这样就会产生微震信号，通过监测岩石中的微震信号就可以推断滑坡的情况；然而自然界中的滑坡大多为土质滑坡，因此直接采用微震技术来判断滑坡体的稳定性不可行。

目前，国内外最常用的滑坡监测的方法为使用固定式钻孔倾斜仪进行测量，其使用方法如下。

固定式钻孔倾斜仪使用时将其分别安装在滑动带的顶面、中部和底面（如图1所示），图中,L1、L2、L3和H1、H2、H3分别为1#、2#、3#探头的单元长度和连接杆的长度,Li=Hi+720mm(i=1,2,3)。L1和L3分别跨越滑动带的底面、顶面,而L2则位于滑动带中。当滑坡产生深部位移变形时，变形部位的测斜管发生弯曲，倾斜角度发生变化。分段测定滑动带顶、底面及内部的倾斜角度，求出其对应的水平位移量，累加后即为变形部位的水平位移值。

设某个探头A、B两个方向的初始单位位移量分别为D_A0和D_B0，某时刻的单位位移量分别为D_A和D_B(出厂时已标定)，则该时刻的单位位移变化S表达为：

$S=\sqrt{{(D_A-D_{A0})}^2+{(D_B-D_{B0})}^2}$

固定式钻孔倾斜仪有测量精度高、安装方便等优点。但其缺点也是很明显的：

1、安装前需准确确定滑动面的位置及滑动带厚度；

2、探头数量较少时无法达到全孔监测；

3、仪器价格较为昂贵,限制了其应用范围。

发明内容

为解决上述中存在的问题与缺陷，本实用新型提供了一种滑坡深部位移监测系统。所述技术方案如下：

一种滑坡深部位移监测系统，包括：

采集微震导波管发出的微震信号的微震传感器，将微震信号放大的程控增益放大器，滤除微震信号杂波并将滤除后的微震信号发送到ADC采样的滤波器，接收ADC采样后的微震信号、将信号再次滤除并采集微震信号能量积分曲线的微控制器；

所述微震传感器、程控增益放大器、滤波器及微控制器顺次连接。

本实用新型提供的技术方案的有益效果是：

本设备简单，具有施工方便、可大规模监测等特点；同时，本实用新型在成本上大大优于传统采用加速度计的滑坡深部位移计。

附图说明

图1是现有技术固定式钻孔倾斜仪安装方法结构图；

图2是土壤滑坡监测实施的方法结构图；

图3是滑坡深部位移监测系统结构示意图；

图4是微震波形结构示意图；

图5是物体受压的能量积分曲线示意图；

图6是程控增益放大器电路图；

图7是滤波器电路图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，本实施例提供了一种滑坡深部位移监测系统，该系统通过监测微震导波管在滑坡体深部位移引导下产生形变发出的微震波达到监测滑坡体深部位移的目的。下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述：

如图2所示，从土壤1中打钻进入基岩2，用填满石英砂的钢管伸入钻孔中，并作为导波管3，可以将滑坡体4深部位移挤压导波管所产生的微震波传递出来，经微震传感器5拾取后由后级电路处理，离散化处理后发送给PC机，做后期的数字信号处理。

如图3所示，展示了滑坡深部位移监测系统结构，包括采集微震导波管发出的微震信号的微震传感器，将微震信号放大的程控增益放大器，滤除微震信号杂波并将滤除后的微震信号发送到ADC采样的滤波器，接收ADC采样后的微震信号、将信号再次滤除并采集微震信号能量积分曲线的微控制器；

所述微震传感器、程控增益放大器、滤波器及微控制器顺次连接。

上述系统还包括将数据信息传输到数据中心的数据传输模块，该数据传输模块与所述为控制器连接。

当岩土有滑坡的趋势时，将会对导波管造成积压从而产生微震信号，微震信号经微震传感器采集后由低噪声、高精度的程控增益放大器放大，然后送入滤波器中，滤除杂波后由高速ADC采样到微控制器中，微控制器再做以下处理：

再次对滤波后的微震信号进行滤波，滤除所采集数据中非微震信号的信号；

采集微震信号不同幅度值的频率分布曲线（如图4所示）；

统计单位时间内产生微震信号的频数时间曲线；

统计单位时间内不同频率段微震信号的频数；

统计得到微震信号总能量随时间的积分曲线（如图5所示）；

建立微震信号的总频数曲线、不同幅度值频率分布曲线及总能量时间积分曲线与滑坡体深部位移之间的关系模型；

将上述统计的数据通过无线模块发回数据中心，得到微震信号图以及能量积累曲线。

如图6所示，程控增益放大电路采用AD8220设计的程控增益放大电路，AD8220是一款优秀的仪表运算放大器，具有高的共模抑制比、1到1000倍的放大倍数、轨对轨输出等特点。它的输出放大倍数由电阻Rg调节，计算公式如式（1）。本设计通过模拟开关ADG1409切换不同的电阻值，从而实现1、10、100、1000的放大倍数。

$G=1+\frac{49.4\mathrm{k\Ω}}{\mathrm{Rg}}---\left(1\right)$

滑坡岩土积压导波管产生的微震信号的频率大约在100～10KHz之间，因此要滤除掉其他频率段的噪声信号。我们采用五阶贝塞尔滤波器LTC1065进行信号的滤波，它具有直流精度高、截止频率可调等特点。其具体电路如图7所示，由于LTC1065的时钟截止频率比为100:1，因此时钟的输入频率为1MHz。通过滤波器后将会得到比较纯净的信号，其滤波器为开关电容滤波器。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种滑坡深部位移监测系统，其特征在于，所述系统包括：采集微震导波管发出的微震信号的微震传感器，将微震信号放大的程控增益放大器，滤除微震信号杂波并将滤除后的微震信号发送到ADC采样的滤波器，接收ADC采样后的微震信号、将信号再次滤除并采集微震信号能量积分曲线的微控制器；

所述微震传感器、程控增益放大器、滤波器及微控制器顺次连接。

2.根据权利要求1所述的滑坡深部位移监测系统，其特征在于，所述系统还包括将数据信息传输到数据中心的数据传输模块，该数据传输模块与所述微控制器连接。

3.根据权利要求1所述的滑坡深部位移监测系统，其特征在于，所述程控增益放大器为AD8220设计的程控增益放大器。

4.根据权利要求1所述的滑坡深部位移监测系统，其特征在于，所述导波管为填满石英砂的导波管。

5.根据权利要求1所述的滑坡深部位移监测系统，其特征在于，所述滤波器为开关电容滤波器。

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