CN208012490U - 滑坡深部位移实时测量装置 - Google Patents

Abstract

一种滑坡深部位移实时测量装置，柔性软管穿设于桩孔内部；在柔性软管与桩孔之间的空间形成环形空腔，环形空腔的下部浇注有混凝土浆，环形空腔在混凝土浆以上的部分填充有岩土材料；重锤固设在柔性软管的下端外部；电气箱下端中心固定连接的支撑钢管与滑坡岩土体监测点的地表固定连接；钢丝绳的下端与重锤连接，钢丝绳的上端穿过柔性软管、支撑钢管后进入电气箱内部，并再绕设过摩擦轮后与配重块连接；在电气箱内部还固定装配有编码器、蓄电池和收发终端；收发终端与移动运营商基站通过无线的方式连接，移动运营商基站通过无线或有线的方式与服务器终端连接。该装置能在恶劣天气下进行数据采集并发送到远端，其功耗小、制造成本低、可靠性高。

Description

滑坡深部位移实时测量装置

技术领域

本发明属于公共安全自然灾害监测预警技术领域，具体涉及一种滑坡深部位移实时测量装置。

背景技术

滑坡是一种重力地质现象，是地球上广泛存在着的一种次生地质灾害。理论上，只要地球运动不停止，滑坡就不会消失。滑坡的主要特征是不稳定的天然斜坡或人工边坡，在岩体重力、水及震动力的作用下，失去原有平衡和存在的基础，发生危害性的变形破坏，倾倒或滑落产生的大量岩土堆积物，引起交通中断，村镇埋没，江河堵塞，水库淤积，甚至酿成巨大的地质灾害。统计资料表明，70％的滑坡都不同程度地与人类工程建设活动有关。因此，滑坡监测预警已成为工程勘测、设计施工和运行过程中不可缺少的重要安保手段，被视为工程设计效果、施工和运行安全的直接指示器。

现有对于滑坡监测预警的方法很多，目前被各国政府普遍采纳的是降雨临界值观测法。人们认识到滑坡灾害多由地震和降雨诱发，然而地震目前很难准确预报，故对引起滑坡的降雨临界值研究较多。但降雨预报是一种经验预报，能够提供给人们关于滑坡体的信息较少。故研究者们引入了多种滑坡监测方法以获得更多关于滑坡发生前的信息，以期对准确预报滑坡灾害有所帮助。

这些方法按照测量参数的性质来分，大致可分为地表变形测量法、深部变形监测法和其它测量方法三大类。其中深部变形测量方法以测量滑坡岩土体与基岩间的位移量为主要测量目标，目前有主流测量方法——测斜仪监测法和新型测量方法——时域反射(TDR)监测方法两种。

测斜仪监测法是利用倾斜仪每隔一定时间逐段测量钻孔的斜率，以获得岩土水平位移及其随时间变化的原位测量方法。测量探头为数字伺服加速度计式，其原理是根据摆锤受重力影响，通过测取加速度计的敏感轴与铅垂线夹角来测定钻孔的斜率。该方法是目前观测岩土内部水平位移的主要手段。

时域反射(TDR)监测技术是一种电子测量技术。首先，向埋入检测孔内的同轴电缆发射脉冲信号，当电缆在孔中发生变形时，就会产生反射波信号，通过对反射信号的分析及处理，即可确定电缆发生形变的程度和位置，从而达到对滑坡监测的目的。该方法具有监测成本低、监测时间短、可远程访问、数据提供便捷、安全性高等优点，是当前在滑坡监测领域中受到广泛关注的方法。

上述两种深部变形测量法的缺点：

1.不能实现数据在恶劣天气(雷电、暴雨、水浸、冰冻等)下的采集，此时存在人身安全和设备安全问题；

2.数据的远程采集很难实现：以上两种采集方式功耗大，长期不间断采集需敷设持续的贯通电，野外采集难以满足太阳能电板的供电条件；

3.采集装置的安装施工工艺较为复杂；

4.采集成本高，花费大。

故不能实现高可靠性、实时无间断、低功耗、低成本采集。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种滑坡深部位移实时测量装置，该装置能实现在恶劣天气下数据的正常采集、并能使采集数据便捷地发送远端，同时，该装置电气部分所需要功耗小，能通过太阳能进行电源的持续供应，再者，该装置结构简单、制造成本低、可靠性高，且易于实现。

为了实现上述目的，本发明提供了一种滑坡深部位移实时测量装置，包括竖直地开设在滑坡岩土体监测点处的桩孔、柔性软管、重锤、电气箱、钢丝绳和接入互联网的服务器终端；

所述柔性软管穿设于所述桩孔内部；在柔性软管的外侧壁与桩孔的内侧壁之间的空间形成环形空腔，所述环形空腔的下部浇注有将柔性软管的下部与桩孔的下部固定连接的混凝土浆，所述环形空腔在混凝土浆以上的部分填充有岩土材料；

所述重锤固定设置在柔性软管的下端外部；

所述电气箱下端中心固定连接有与其内部空间相连通的支撑钢管，所述支撑钢管通过固定连接在其下端外部的支撑盘与滑坡岩土体监测点的地表固定连接；

所述钢丝绳的下端与所述重锤连接，钢丝绳的上端依次穿过柔性软管、支撑钢管后进入电气箱内部，并再绕设过设置于电气箱内部的摩擦轮后与配重块连接；

在电气箱内部还固定装配有编码器、蓄电池和收发终端，所述收发终端主要由处理器模块和无线通信模块组成，在电气箱外部安装有太阳能电池板；所述摩擦轮连接在编码器的旋转轴上；所述编码器的输出信号输出端经过处理器模块连接无线通信模块；所述蓄电池作为电气箱内部电器元件的供电电源；所述太阳能电池板与蓄电池连接；

所述无线通信模块与移动运营商基站通过无线的方式连接，所述移动运营商基站通过无线或有线的方式与服务器终端连接。

在该技术方案中，将滑坡岩土体间的相对位移用外套柔性软管的钢丝绳进行采集，在深孔或桩孔底部无需安装测斜仪测量法的数字伺服加速度计式传感器，也无需布置TDR法的同轴电缆，能有效减小实施成本；采用机械位移式测量，中间环节少，不受恶劣自然环境影响，可靠性高；采集数据通过移动运营商基站作为传输媒介传输给接入互联网的服务器终端，数据传输与普通手机话费短信费用相当，测量成本大大低于现有深部位移测量法，经济性好、成本低，可以避免通信电缆或光缆的长距离铺设，能进一步地有效减少该装置的实施成本，而且，用户可以通过Internet协议访问服务器终端，从而能在远端便捷地获取滑坡体深部位移相关信息，实时性好。测量精度高，测量精度只依赖所选择编码器的精度，若选择精度高的编码器，可以达到较高测量精度；采用现有技术中的编码器和收发终端，其整体功耗可以控制在3W以下，在野外长时间作业完全可以满足太阳能电板供电要求。

进一步，为了使电气箱及支撑钢管能稳固地固定在所滑坡岩土体的监测点处，所述支撑盘通过地角螺栓固定连接于滑坡岩土体监测点的地表处。

进一步，为了保证连接处的稳固，所述钢丝绳与重锤之间、钢丝绳与配重块之间的连接处均通过钢丝压套打结。

进一步，为了保证获得数据的准确性，所述桩孔的下端钻到基岩深处2～3m。

进一步，为了避免长距离线缆的铺设，所述移动运营商基站通过GSM/GPRS/CDMA无线通讯的方式与服务器终端连接。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中I部的局部放大图；

图3是本发明中II部的局部放大图；

图4是本发明中A部的侧视图。

图中：1、桩孔，2、柔性软管，3、重锤，4、电气箱，5、钢丝绳，6、服务器终端，7、环形空腔，8、混凝土浆，9、岩土材料，10、支撑钢管，11、支撑盘，12、摩擦轮，13、编码器，14、无线通信模块，15、太阳能电池板，16、基岩，17、地角螺栓，18、蓄电池，19、配重块，20、移动运营商基站，21、滑坡岩土体，22、钢丝压套。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图4所示，一种滑坡深部位移实时测量装置，包括竖直地开设在滑坡岩土体21监测点处的桩孔1、柔性软管2、重锤3、电气箱4、钢丝绳5和接入互联网的服务器终端6；

所述柔性软管2穿设于所述桩孔1内部；在柔性软管2的外侧壁与桩孔1的内侧壁之间的空间形成环形空腔7，所述环形空腔7的下部浇注有将柔性软管2的下部与桩孔1的下部固定连接的混凝土浆8，所述环形空腔7在混凝土浆8以上的部分填充有岩土材料9；岩土材料9为桩孔1附近就近获得。

柔性软管2的作用是使钢丝绳5和柔性软管2之间可产生相对运动。混凝土浆8的作用是用来凝固重锤3，即固定钢丝绳5的一端，同时，也是将柔性软管2的底部固定于桩孔1的底部。

所述重锤3固定设置在柔性软管2的下端外部；重锤3的作用是利用自重将钢丝绳5下沉到桩孔1的底部。

所述电气箱4下端中心固定连接有与其内部空间相连通的支撑钢管10，所述支撑钢管10通过固定连接在其下端外部的支撑盘11与滑坡岩土体21监测点的地表固定连接；

所述钢丝绳5的下端与所述重锤3连接，钢丝绳5的上端依次穿过柔性软管2、支撑钢管10后进入电气箱4内部，并再绕设过设置于电气箱4内部的摩擦轮12后与配重块19连接；配重块19的作用是使钢丝绳5保持一定的张紧力，从而能保证数据的准确采集。

在电气箱4内部还固定装配有编码器13、蓄电池18和收发终端，所述收发终端主要由处理器模块和无线通信模块14组成，在电气箱4外部安装有太阳能电池板15；所述摩擦轮12连接在编码器13的旋转轴上，摩擦轮12可以通过径向设置的锁紧螺栓固定连接于编码器13的旋转轴外部；所述编码器13的输出信号输出端经过处理器模块连接无线通信模块14；所述蓄电池18作为电气箱4内部电器元件的供电电源；所述太阳能电池板15与蓄电池18连接；电气箱4为防雨结构，电气箱4的侧壁可以设置防雨式通风孔。编码器13的作用是将钢丝绳5带动摩擦轮12的旋转角位移转换为电信号。

所述无线通信模块14与移动运营商基站20通过无线的方式连接，所述移动运营商基站20通过无线或有线的方式与服务器终端6连接。

为了使电气箱4及支撑钢管10能稳固地固定在所滑坡岩土体21的监测点处，所述支撑盘11通过地角螺栓17固定连接于滑坡岩土体21监测点的地表处。

为了保证连接处的稳固，所述钢丝绳5与重锤3之间、钢丝绳5与配重块19之间的连接处均通过钢丝压套22打结。

为了保证获得数据的准确性，所述桩孔1的下端钻到基岩16深处2～3m。

为了避免长距离线缆的铺设，所述移动运营商基站20通过GSM/GPRS/CDMA无线通讯的方式与服务器终端6连接。

的在实施测量时，可以通过以下步骤进行：

步骤一：在欲监测的滑坡岩土体21监测点钻取桩孔1，并使桩孔1的下端钻到基岩16深处以下；

步骤二：将钢丝绳5的一端与重锤3连接，将钢丝绳5的另一端穿过柔性软管2，使重锤3保持在柔性软管2的下端，并将柔性软管2插装于所述桩孔1中；

步骤三：将注浆管路由柔性软管2和桩孔1之间形成的环形空腔7穿入，并从环形空腔7的底部开始灌入混凝土浆8，以使混凝土浆8将位于柔性软管2底部的重锤3的位置进行固定，并使柔性软管2的下部的位置固定；

步骤四：在环形空腔7其余的部分填充岩土材料9；

步骤五：将钢丝绳5位于地表上部的一端通过支撑钢管10穿入电气箱4内部，将支撑钢管10的下端固定连接在滑坡岩土体21监测点的地表处；

步骤六：将钢丝绳5位于电气箱4内部的一端绕设过摩擦轮12后与配重块19连接，将摩擦轮12固定套装在编码器13的旋转轴外部；

步骤七：建立位于电气箱4内部的蓄电池18与处理器模块、编码器13与处理器模块、处理器模块与无线通信模块14的连接，并建立位于电气箱4外部的太阳能电池板15与所述蓄电池18的连接；

步骤八：建立无线通信模块14与移动运营商基站20之间的无线通讯连接，建立移动运营商基站20与服务器终端6之间的通讯连接。

为了保证获得数据的准确性，所述桩孔的下端钻到基岩深处2～3m。

为了保证连接处的稳固，所述钢丝绳5与重锤3之间、与配重块19之间的连接处均通过钢丝压套22打结。这样能使钢丝绳5无法从重锤3或配重块19中抽出。

为了使电气箱及支撑钢管能稳固地固定在所滑坡岩土体的监测点处，所述支撑钢管10通过固定连接在其下端外部的支撑盘11与滑坡岩土体21监测点的地表连接，其中支撑盘11通过地角螺栓17与地表固定连接。

工作原理：若滑坡岩土体21间产生相对位移，势必剪切与挤压相对位移面的柔性软管2，柔性软管2将该力施加给钢丝绳5。由于钢丝绳5底部由重锤3固定，故产生的剪切位移量由垂挂在摩擦轮12的另一端的位移进行补足，该位移量带动摩擦轮12转动，摩擦轮12进而带动编码器13的旋转轴转动，以将位移量通过编码器13转换为电信号，该电信号传输给收发终端的处理器模块，处理器模块在收到该电信号后再通过与其连接的无线通信模块14发送给移动运营商基站20，由于移动运营商基站20基站覆盖范围广，且各个地区之间不同的移动运营商基站20基站间实时通信性能好，即可以利用移动运营商基站20作为中间的传输媒介，将采集数据实时发送给服务器终端6。而需要获得滑坡相关信息的人员只要通过互联网通过远程的方式访问服务器终端6即可。

Claims (5)

1.一种滑坡深部位移实时测量装置，包括竖直地开设在滑坡岩土体(21)监测点处的桩孔(1)，其特征在于，还包括柔性软管(2)、重锤(3)、电气箱(4)、钢丝绳(5)和接入互联网的服务器终端(6)；

所述柔性软管(2)穿设于所述桩孔(1)内部；在柔性软管(2)的外侧壁与桩孔(1)的内侧壁之间的空间形成环形空腔(7)，所述环形空腔(7)的下部浇注有将柔性软管(2)的下部与桩孔(1)的下部固定连接的混凝土浆(8)，所述环形空腔(7)在混凝土浆(8)以上的部分填充有岩土材料(9)；

所述重锤(3)固定设置在柔性软管(2)的下端外部；

所述电气箱(4)下端中心固定连接有与其内部空间相连通的支撑钢管(10)，所述支撑钢管(10)通过固定连接在其下端外部的支撑盘(11)与滑坡岩土体(21)监测点的地表固定连接；

所述钢丝绳(5)的下端与所述重锤(3)连接，钢丝绳(5)的上端依次穿过柔性软管(2)、支撑钢管(10)后进入电气箱(4)内部，并再绕设过设置于电气箱(4)内部的摩擦轮(12)后与配重块(19)连接；

在电气箱(4)内部还固定装配有编码器(13)、蓄电池(18)和收发终端，所述收发终端主要由处理器模块和无线通信模块(14)组成，在电气箱(4)外部安装有太阳能电池板(15)；所述摩擦轮(12)连接在编码器(13)的旋转轴上；所述编码器(13)的输出信号输出端经过处理器模块连接无线通信模块(14)；所述蓄电池(18)作为电气箱(4)内部电器元件的供电电源；所述太阳能电池板(15)与蓄电池(18)连接；

所述无线通信模块(14)与移动运营商基站(20)通过无线的方式连接，所述移动运营商基站(20)通过无线或有线的方式与服务器终端(6)连接。

2.根据权利要求1所述的一种滑坡深部位移实时测量装置，其特征在于，所述支撑盘(11)通过地角螺栓(17)固定连接于滑坡岩土体(21)监测点的地表处。

3.根据权利要求1或2所述的一种滑坡深部位移实时测量装置，其特征在于，所述钢丝绳(5)与重锤(3)之间、钢丝绳(5)与配重块(19)之间的连接处均通过钢丝压套(22)打结。

4.根据权利要求3所述的一种滑坡深部位移实时测量装置，其特征在于，所述桩孔(1)的下端钻到基岩(16)深处2～3m。

5.根据权利要求4所述的一种滑坡深部位移实时测量装置，其特征在于，所述移动运营商基站(20)通过GSM/GPRS/CDMA无线通讯的方式与服务器终端(6)连接。