CN205015487U - 一种边坡岩体监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及岩体稳定性监测技术领域，具体涉及了一种边坡岩体监测系统，其中，微震监测单元可以快速识别爆破区域的振动信号，收集边坡岩体微震事件的集中分布区域，雷达监测单元可以通过发出电磁波全方面的对边坡整体收集岩体外部形变、位移数据。本实用新型提供的一种边坡岩体监测系统，通过微震监测和雷达监测进行结合监测，可以更细化监测区域，从而达到集中监测，重点监测潜在位移滑坡体，更方便有效的判断滑坡位置，全面监测边坡岩体的内部和表面的稳定性，提高监测结果的准确性。

Description

一种边坡岩体监测系统

技术领域

本实用新型涉及岩体稳定性监测技术领域，尤其涉及一种边坡岩体监测系统，更具体地涉及一种将微震监测和雷达监测结合的边坡岩体监测系统。

背景技术

边坡是岩土工程领域中较为常见的构筑物，广泛应用于水利工程、土建工程、交通工程以及矿山工程等的建设。因边坡表面成一定的角度倾斜，在自身重量及其它外界诱发因素的条件下，坡体具有沿着坡表滑移及破坏的地质现象，称之为滑坡。滑坡会对人们的生产、生活产生很大的影响，甚至危害人们的生命安全，为有效预防滑坡等灾害，深入开展矿山高陡岩质边坡失稳机理及预测预报的基础研究，对于推动我国未来的边坡治理技术发展、预防高陡岩质边坡诱发的地质灾害，保证安全生产，具有较大的理论与实际意义。

现有技术中，边坡稳定性主要分析方法有：工程地质法、刚体极限平衡法、有限元法、数值计算法、边坡稳定性系统法。国内外监测方法包括：主要从边坡的外表进行监测的方法，如光纤位移测量、坡表大地测量、GPS监测、红外遥感监测法、合成孔径雷达干涉测量、闭合法等，以及对于滑坡体地表以下的深部进行监测的方法：声发射监测技术、钻孔倾斜仪、水压监测仪等。

从上述方法可见，目前的边坡稳定性监测研究都是单一从岩体表面或是岩体内部深处，而从没有把两者结合起来判断边坡稳定性。因此，无法全面的检测到边坡岩体的稳定性情况。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是提供了一种边坡岩体监测系统，通过微震监测和雷达监测进行结合监测，全面监测边坡岩体的内部和表面的稳定性，提高监测结果的准确性。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种边坡岩体监测系统。

一种边坡岩体监测系统，包括微震监测单元、雷达监测单元和处理单元，所述微震监测单元和所述雷达监测单元分别与处理单元通讯连接，所述微震监测单元和所述雷达监测单元分别对应待测边坡岩体设置，所述处理单元控制所述微震监测单元和所述雷达监测单元进行监测，所述微震监测单元探测所述待测边坡岩体内部的微震波信息并反馈至所述处理单元，所述雷达监测单元扫描所述待测边坡岩体表面反射的雷达信号并反馈至所述处理单元，所述处理单元对所述微震波信息和雷达信号进行处理分析。

进一步的，前述微震监测单元包括数据采集器和多个微震传感器，所述微震传感器分别通过电缆与所述数据采集器连接，所述数据采集器与所述处理单元通讯连接。

进一步的，前述微震传感器的数量为六个。

进一步的，前述微震传感器为信息管理系统传感器。

进一步的，前述数据采集器包括数模转换器和数据处理器，所述数模转换器将所述微震传感器检测的所述微震波信息转化为数字信号，所述数据处理器对转化后的所述微震波信息进行优化并反馈至所述处理单元。

进一步的，还包括太阳能蓄电池，所述太阳能蓄电池为所述微震监测单元的用电装置供电。

进一步的，前述雷达监测单元为雷达监测车，所述雷达监测车与所述处理单元无线通讯连接。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有以下有益效果：

本实用新型提供的一种边坡岩体监测系统，处理单元控制微震监测单元和雷达监测单元进行监测，微震监测单元探测待测边坡岩体内部的微震波信息并反馈至处理单元，雷达监测单元扫描待测边坡岩体表面反射的雷达信号并反馈至处理单元，处理单元对微震波信息和雷达信号进行处理分析；微震监测单元可以快速识别爆破区域的振动信号，收集边坡岩体微震事件的集中分布区域，雷达监测单元可以通过发出电磁波全方面的对边坡整体收集岩体外部形变、位移数据。微震监测是基于岩体内部深部监测，雷达监测是从边坡的外表进行监测，这种内外结合监测，可以更细化监测区域，从而达到集中监测，重点监测潜在位移滑坡体，更方便有效的判断滑坡位置，提高安全系数。

附图说明

图1为本实用新型边坡岩体监测系统的示意图；

图2为本实用新型边坡岩体监测系统的结构示意图；

图3为微震事件的空间分布图。

其中，1：微震传感器；2：数据采集器；3：处理单元；4：太阳能蓄电池；5：雷达监测车；6：爆破区域7：待测边坡岩体；8：路面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例一

如图1所示，本实施例提供的一种边坡岩体监测系统，包括微震监测单元、雷达监测单元和处理单元3，微震监测单元和雷达监测单元分别与处理单元3通讯连接，微震监测单元和雷达监测单元分别对应待测边坡岩体7设置，处理单元3控制微震监测单元和雷达监测单元进行监测，微震监测单元探测待测边坡岩体7内部的微震波信息并反馈至处理单元3，雷达监测单元扫描待测边坡岩体7表面反射的雷达信号并反馈至处理单元3，处理单元3对微震波信息和雷达信号进行处理分析。

本实施例中，处理单元3为负责进行实时监控、信息处理以及对各监测单元进行控制的计算机。

进一步的，微震监测单元可以快速识别爆破区域的待测边坡岩体7内部的微震信号，收集岩体微震事件集中分布区域。本实施例中的微震监测单元包括数据采集器2和多个微震传感器1，微震传感器1固定于待测边坡岩体7中，微震传感器1分别通过电缆与数据采集器2连接，数据采集器2与处理单元3通过网线通讯连接。

进一步的，本实施例采用的微震传感器1的数量为六个，满足微震监测单元的最低配置。当然微震传感器1越多约好，收集数据会增加，但同时需要提高处理单元3的配置。

进一步的，微震传感器1为信息管理系统传感器，微震传感器1为可拆式传感器。该信息管理系统传感器的型号为2.3kHz型，其固有谐振为15Hz，无阻尼灵敏度为500(v/m/s)，宽带噪声为9μ，近似可用频率范围为0.2～2300Hz。本实施例采用的微震传感器1，可探测到小至10-5m/s2的地震波波速，响应速度快，并且具有抗粉尘的优点。

进一步的，数据采集器2包括数模转换器和数据处理器，数模转换器将微震传感器1检测的微震波信息转化为数字信号，数据处理器对转化后的微震波信息进行优化处理并反馈至处理单元3，数据处理器对于微震波信息的处理为初步的处理，如粗大误差的筛选等，主要目的是为了优化微震波信息，而处理单元3对微震波信息的处理是为了分析出对集中分布区域。

进一步的，还包括太阳能蓄电池4，太阳能蓄电池4为微震监测单元的用电装置供电。太阳能蓄电池4包括太阳能电池板和阀控密封式铅酸蓄电池，利用太阳能蓄电池4可以节省能源，具有环保的意义。

本实施例微震监测单元的工作流程为，将6个微震传感器1布置在待测边坡岩体7内，探测微破裂所发射出的微震波，确定震源的位置、大小、时间及微震活动的强弱，其中，高重复性的震动信号可以被微震传感器1采集记录。模数转换器将不断来自微震传感器1的模拟信号转换成数字信号，再通过数据处理器触发采集、预触发滤波、缓冲，最终将微震波信息传输到处理单元3中。处理单元3即计算机在通过微震监测软件IMSSynapse，IMSTrace，IMSTicker，IMSJdi实时触发微震事件和自动处理微震事件，三维微震事件可视化，及分析数据判断微震事件集中区域。

进一步的，在微震监测系统识别微震事件集中区域的同时或者识别后，设置雷达监测区域与微震事件集中区域相对应。

雷达监测单元通过发出电磁波全方面的对整体收集边坡岩体外部形变、位移数据。本实施例中，雷达监测单元为雷达监测车5，雷达监测车5与处理单元3无线通讯连接，无线通信包括无线网络及蓝牙中任一种或者全部的方式。其中，雷达监测车5包括远区域电源、显示器、计算机电子箱、雷达电子箱、盘子、天线和拖车等组成。

本实施例中，雷达监测单元的原理为，雷达扫描自边坡表面的顶部向底部，或从边坡表面的底部向顶部反复进行，边坡数据的采集在扫描的过程中完成。工程技术人员通过计算机直接或间接观察到扫描数据，并针对一次扫描至下一次扫描的数据(主要是两次扫描位移量的变化)进行比较。

其中，雷达信号通过雷达监测车5上的二次监测雷达系统传输，信号指向岩壁，然后反弹至岩壁的粗糙表面，再通过二次监测雷达系统来接收，二次监测雷达系统重复对岩壁的扫描过程，对从一次扫描到下一次扫描的雷达数据进行比较并计算岩壁的位移。二次监测雷达系统记录接收到的信号相对于传输信号的相位，并传递至处理单元3(即计算机)。

雷达监测车5对边坡雷达数据采集及分析的软件为SSRViewerSuite7，该软件对于边坡雷达的数据分析过程，即为排除扫描区和雷达之间大气温度和湿度等影响，找到真正变形、速度曲线，并设置报警，最后预测滑坡时间的过程。

本实施例通过微震监测和雷达监测的内外结合，识别与监控潜在边坡滑坡区域，实现识别微震事件集中区域，设置雷达监测区域，减小监测区域范围和工作量，节省雷达扫描时间，从而集中区域判断边坡潜在滑坡位置及时间，提高数据收集效率及分析数据工作效率等，提高安全系数。

应用本实施例提供的边坡岩体监测系统，包括如下步骤：

S1、在待测边坡岩体7上打孔作为测点，如图2所示，运用南方CASSGPS软件定点测量各个测点的三维坐标、方位角、倾角及孔深；其中，孔的孔径为90mm，孔深的范围为6-9m。

S2、将微震传感器1分别布置于对应的孔内；

S3、对待测边坡岩体7区域内的路面8的爆破区域6进行日常爆破作业，通过处理单元3控制微震传感器1进行实时监测并将监测到的微震波信息反馈至处理单元3；

S4、处理单元3处理微震传感器1反馈的微震波信息，并根据处理结果逐渐收集微震事件集中区域，将该微震事件集中区域设定为雷达监测区域，处理单元3控制雷达监测车5对待测边坡岩体7的雷达监测区域进行雷达监测；

因为雷达监测区域范围很大，距离远，不能及时确定重点滑坡区域，因此靠微震系统来提前找到重点监测区域。本实施例中，经监测分析，如图3中，图中圆球代表微震事件，圆球大小代表微震能量，圆球越大表示能量越大，可以看出2级-3级台阶岩石内部微震及变形量比较大。因此我们把雷达监测区域设置成2级-3级台阶，实时监测，这样可以重点监测变形区域，及时判断边坡滑坡。

S5、处理单元3对待测边坡岩体7表面反射的雷达信号进行处理，并对待测边坡岩体7的稳定性进行判断，准确及时判断边坡潜在位移变化，及时分析数据形变量。

进一步的，步骤S3中，由于爆破作业平均每天进行一次，只要有爆破作业，微震传感器就会感应岩石内部应力变化，收集数据。因此，微震传感器1在爆破作业完毕的24小时内进行实时监测，可以将每天爆破后的全部数据进行记录，并将24小时内的微震波信息反馈至处理单元3，经过24小时之后，通过处理单元3分析选择的微震事件集中区域来设置雷达监测区域，从而开始扫描，收集边坡表面位移数据。

本实施例提供的一种边坡岩体监测方法，可以根据微震监测找到岩体内部形变区域(即微震事件集中区域)，相应设置使雷达监测区域，减小雷达扫描范围，减少工作量，使监测结果更准确，迅速判断出边坡滑坡位置。

本实用新型提供的一种边坡岩体监测方法，先采用微震监测确定微震事件的集中分布区域，再通过雷达监测对该集中分布区进行整体收集边坡岩体外部形变、位移数据，其准确性更高，并且能及时判断识别潜在区域，缩小了雷达监测的扫描范围。对于爆破区域不需长时间监控，可间断性监控，大大的减小了工作时间，提高数据收集率及工作效率。这种内外结合监测的方法，更方便有效的判断滑坡位置及时间，从而提前移除边坡下的机械及作业人员，提高安全系数。

本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (7)

1.一种边坡岩体监测系统，其特征在于，包括微震监测单元、雷达监测单元和处理单元，所述微震监测单元和所述雷达监测单元分别与处理单元通讯连接，所述微震监测单元和所述雷达监测单元分别对应待测边坡岩体设置，所述处理单元控制所述微震监测单元和所述雷达监测单元进行监测，所述微震监测单元探测所述待测边坡岩体内部的微震波信息并反馈至所述处理单元，所述雷达监测单元扫描所述待测边坡岩体表面反射的雷达信号并反馈至所述处理单元，所述处理单元对所述微震波信息和雷达信号进行处理分析。

2.根据权利要求1所述的边坡岩体监测系统，其特征在于，所述微震监测单元包括数据采集器和多个微震传感器，所述微震传感器分别通过电缆与所述数据采集器连接，所述数据采集器与所述处理单元通讯连接。

3.根据权利要求2所述的边坡岩体监测系统，其特征在于，所述微震传感器的数量为六个。

4.根据权利要求3所述的边坡岩体监测系统，其特征在于，所述微震传感器为信息管理系统传感器。

5.根据权利要求2所述的边坡岩体监测系统，其特征在于，所述数据采集器包括数模转换器和数据处理器，所述数模转换器将所述微震传感器检测的所述微震波信息转化为数字信号，所述数据处理器对转后化的所述微震波信息进行优化并反馈至所述处理单元。

6.根据权利要求5所述的边坡岩体监测系统，其特征在于，还包括太阳能蓄电池，所述太阳能蓄电池为所述微震监测单元的用电装置供电。

7.根据权利要求5所述的边坡岩体监测系统，其特征在于，所述雷达监测单元为雷达监测车，所述雷达监测车与所述处理单元无线通讯连接。