CN208043012U - 一种基于电子系统的现场岩体结构面变形长期监测装置 - Google Patents

Abstract

一种基于电子系统的现场岩体结构面变形长期监测装置，包括激光发射部件、激光接收部件；激光发射部件包括激光发射器；激光接收部件包括固定板及在所述固定板上设置的多个光电传感器。本实用新型优选的是，避免了野外岩体结构面变形监测的单一性，更是克服了野外复杂环境下岩体结构面变形监测时间上的局限性。

Description

一种基于电子系统的现场岩体结构面变形长期监测装置

技术领域

本发明实用岩体结构面的变形监测，尤其是一种可用于在野外长期复杂环境下岩体结构面张开变形与剪切变形的电子监测装置。

背景技术

我国已先后修建了数量众多的各类水利水电工程，随着这些大型或巨型水库的出现，会打破库区多年来自然形成的平衡状态，特别是地表水和地下水环境的重大变化，导致库区边坡岩体结构面的变形。自然界的岩体结构面往往存在节理、裂隙等大量微观或宏观的缺陷，水库蓄水后，水分子的入渗和出渗，不仅会导致岩体力学参数劣化，而且也会逐渐改变微观结构的变化，促进岩体结构面新生节理、裂隙的产生和节理、裂隙的发育。同时，岩体结构面中节理、裂隙在地应力的作用下承受着挤压、张开和剪切等变形，岩体的结构面变形处是应力释放或集中的关键部位，其性质往往控制着整个岩体结构的稳定，也是决定库区边坡稳定的关键所在，另一方面，相对于低渗透性的完整岩石本身，岩体中的节理、裂隙网络通常主导着地下水的运移方向，而且，岩体中节理、裂隙形成的水-岩接触面也是地球化学反应的主要发生场所，节理、裂隙的存在极大的影响了岩体结构内部的应力场、渗流场及地球化学反应的进行。

水库蓄水后，为了防洪、发电等运行调度的要求，库水位往往需要在一定范围内反复升降变化，在两岸形成消落带。消落带是库岸边坡的敏感地带，在库水大幅度涨落的条件下，消落带部分岩土体周期性处于疏干和饱和交替的动态，地下水时而受库水补给，时而排出，使库岸边坡部分岩土体处于浸泡-风干的交替动态。三峡库区库岸边坡消落带岩体结构面破坏图，从2008年试验性蓄水以来，从图中可以看出，在145m～175m消落带区域，几乎不存在植被，岩体结构面的节理、裂隙充分发育，张开度较大，呈分层崩解、破碎趋势，而且这种破坏呈渐进发展趋势，说明库岸边坡节理岩体在水-岩作用下的损伤劣化效应非常明显。而岩体结构面的发育将直接影响库岸边坡的变形稳定，很可能使前期稳定的库岸边坡向不稳定方向发展，所以岩体结构面的变形监测对库区岩体工程研究非常重要。在长期库水作用下，一方面结构面开度会增加，另一方面在荷载和库水作用下，会沿着结构面发生剪切变形，因此，对节理岩体的结构面张开变形和剪切变形进行现场监测进而为岸坡变形稳定提供基础数据显得尤为重要。

目前，野外岩体结构面的变形监测方法有许多种，精密仪器及电子监测装置试验的成本高、实施难度比较大，难以满足野外监测的复杂环境（如库岸边坡水位的反复升降、干湿循环、温度变化等）。库岸边坡岩体结构面的变形监测对于库岸边坡稳定性研究具有重要意义，而现有的测量装置难以适用于野外的复杂环境，以及对岩体结构面张开与剪切两个方向的变形进行监测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供基于电子系统的现场岩体结构面张开与剪切变形长期监测装置，可以解决环境复杂、无法同时考虑张开与剪切两个方向的变形影响问题，实现在复杂环境下，对岩体结构面张开与剪切变形的双向监测，且不需要长人员长时间近距离观察。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于电子系统的现场岩体结构面张开与剪切变形长期监测装置包括激光发射部件、激光接收部件；

所述激光发射部件包括激光发射器；

所述激光接收部件包括固定板及在所述固定板上设置的多个光电传感器；

每个所述光电传感器分别与控制器连接，激光发射器与控制器通过计时器连接。

进一步讲，所述监测装置包括太阳能电板，太阳能电板与蓄电池连接，

激光发射器、光电传感器、计时器、控制器分别与蓄电池连通。

进一步讲，激光发射部件还包括由旋转电机驱动的旋转底座，所述激光发射器设在旋转底座上，所述旋转电机与控制器通过计时器连接；

所述激光接收部件至少包括二块固定板，每块所述固定板上各设置多个光电传感器。

一种基于电子系统的现场岩体结构面张开与剪切变形长期监测方法包括定位、初测、实时测定、比对；

所述定位，将固定板上的多个光电传感器的中心位置进行定点，并一个平面上依次标出其中心位置点A1\A2\A3…An,然后用直线将相邻的中心位置A1\A2\A3…An点连接起来组成定位平面图；

所述初测，固定板放置在裂口一侧、激光发射器放置在裂口另一侧，启动激光发射器发射缴光，固定板上某个光电传感器接收到缴光信号，将接收到缴光信号的光电传感器对应的中心位置点在定位平面图上标出，即初始位置点；

所述实时测定，缴光发射器定时启动向固定板方向发射缴光，并将接收到缴光信号的光电传感器对应的中心位置点在定位平面图上标出，即实时位置点；

所述比对，在平面图上对比初始位置点与实时位置点，如果二者重合或是相距在合理范围内即安全，如果二者相距在不合理范围内即不安全。

优选的，所述方法包括双向定位、双向初测、实时测定、比对；

所述双向定位，将二个固定板上的多个光电传感器的中心位置分别进行定点，并将其中一个固定板上的光电传感器在一个平面上依次标出其中心位置点A1\A2\A3…An,然后用直线将相邻的中心位置A1\A2\A3…An点连接起来组成第一定位平面图，同时将另一个固定板上的光电传感器在另一个平面上依次标出其中心位置点B1\B2\B3…Bn, 然后用直线将相邻的中心位置B1\B2\B3…Bn点连接起来组成第二定位平面图；

所述双向初测，将其中一块固定板放置在裂口一侧a位、将另一块固定板放置在裂口一侧的b位、激光发射器放置在裂口另一侧，启动激光发射器发射缴光，a位固定板上某个光电传感器接收到缴光信号，将接收到缴光信号的光电传感器对应的中心位置点在第一定位平面图上标出，即第一初始位置点，使激光发射器旋转并发射缴光，b位固定板上某个光电传感器接收到缴光信号，将接收到缴光信号的光电传感器对应的中心位置点在第二定位平面图上标出，即第二初始位置点；

所述实时测定，缴光发射器定时启动向a位固定板方向发射缴光，并将接收到缴光信号的光电传感器对应的中心位置点在第一定位平面图上标出，即第一实时位置点，缴光发射器定时启动、并旋转向b位固定板方向发射缴光，并将接收到缴光信号的光电传感器对应的中心位置点在第二定位平面图上标出，即第二实时位置点；

所述比对，在平面图上对第一比初始位置点与第一实时位置点和第二比初始位置点与第二实时位置点，如果上述二组相距均在合理范围内即安全，如果二组相距有一组不在合理范围内即不安全。

另一优选的方法包括多向定位、多向初测、实时测定、比对；

所述多向定位，将至少三个固定板上的多个光电传感器的中心位置分别进行定点，并将其第一个固定板上的光电传感器在一个平面上依次标出其中心位置点A1\A2\A3…An, 然后用直线将相邻的中心位置A1\A2\A3…An点连接起来组成第一定位平面图，同时将第二个固定板上的光电传感器在一个平面上依次标出其中心位置点B1\B2\B3…Bn, 然后用直线将相邻的中心位置B1\B2\B3…Bn点连接起来组成第二定位平面图，另将第三个固定板上的光电传感器在一个平面上依次标出其中心位置点C1\C2\C3…Cn, 然后用直线将相邻的中心位置C1\C2\C3…Cn点连接起来组成第三定位平面图；

所述多向初测，将第一块固定板放置在裂口一侧a位、将第二块固定板放置在裂口一侧的b位、将第三块固定板放置在裂口一侧的c位、激光发射器放置在裂口另一侧，启动激光发射器发射缴光，a位固定板上某个光电传感器接收到缴光信号，将接收到缴光信号的光电传感器对应的中心位置点在第一定位平面图上标出，即第一初始位置点，使激光发射器旋转一定角度并发射缴光，b位固定板上某个光电传感器接收到缴光信号，将接收到缴光信号的光电传感器对应的中心位置点在第二定位平面图上标出，即第二初始位置点，使激光发射器再次旋转一定角度并发射缴光，c位固定板上某个光电传感器接收到缴光信号，将接收到缴光信号的光电传感器对应的中心位置点在第三定位平面图上标出，即第三初始位置点；

所述实时测定，缴光发射器定时启动向a位固定板方向发射缴光，并将接收到缴光信号的光电传感器对应的中心位置点在第一定位平面图上标出，即第一实时位置点，缴光发射器定时启动、并旋转向b位固定板方向发射缴光，并将接收到缴光信号的光电传感器对应的中心位置点在第二定位平面图上标出，即第二实时位置点，缴光发射器定时启动、并旋转向c位固定板方向发射缴光，并将接收到缴光信号的光电传感器对应的中心位置点在第三定位平面图上标出，即第三实时位置点；

所述比对，在平面图上对第一比初始位置点与第一实时位置点、第二比初始位置点与第二实时位置点、第三比初始位置点与第三实时位置点，如果上述三组相距均在合理范围内即安全，如果三组相距有一组不在合理范围内即不安全。

本发明具有结构简单，操作方便，适合野外复杂的环境，监测精度高且稳定性较好的特点，只需要激光定时发射即可实成测定，整个过程整个需要很短的时间即可完成，还可以通过设置多个接收激光位，来提高测定的准确性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为基于电子系统的现场岩体结构面张开与剪切变形长期监测装置结构示意图。

图2为定位平面图示意图。

图3为基于电子系统的现场岩体结构面张开与剪切变形长期监测装置第一安装示意图。

图4为对比示意图。

图5为基于电子系统的现场岩体结构面张开与剪切变形长期监测装置优选结构示意图。

图6为基于电子系统的现场岩体结构面张开与剪切变形长期监测装置第二安装示意图。

图7为基于电子系统的现场岩体结构面张开与剪切变形长期监测装置第三安装示意图。

如图中，激光发射部件1、激光接收部件2、控制器3、计时器4、太阳能电池板5、蓄电池6、激光发射器11、旋转电机12、旋转底座13、固定板21、光电传感器22。

具体实施方式

如图1所示，一种基于电子系统的现场岩体结构面张开与剪切变形长期监测装置包括激光发射部件1、激光接收部件2；

激光发射部件1包括激光发射器11；

激光接收部件2包括固定板及在所述固定板21上设置的八个光电传感器22（光电传感器22可尺寸越小，其装置的测量精度越大）；

每个所述光电传感器22分别与控制器3连接，激光发射器11与控制器3通过计时器4连接，优选的控制器3通过远程网络与远距离终端进行数据连接。

优选的，所述监测装置包括太阳能电板5，太阳能电池板5与蓄电池6连接，在野外太阳能电池板5实时向蓄电池6输送电能，从而保证了整个装置的电能供应；

激光发射器11、光电传感器22、计时器4、控制器3分别与蓄电池6连通。

一种基于电子系统的现场岩体结构面张开与剪切变形长期监测方法包括定位、初测、实时测定、比对；

所述定位，将固定板21上的多个光电传感器的中心位置进行定点，并一个平面上依次标出其中心位置点A1\A2\A3…A8(优选的，A1 A1\A2\A3…A8之间的距离与真实固定板21相邻光电传感器22之间的距离相等，也可以将相间的间距进行等比缩小或是放大),然后用直线将相邻的中心位置A1\A2\A3…A8点连接起来组成定位平面图（如图2中所示），定位平面图可以是纸件与可以是电子屏幕；

所述初测，如图3所示，固定板21放置在裂口一侧、激光发射器11放置在裂口另一侧，启动激光发射器11发射缴光，固定板21上某个光电传感器接22收到缴光信号，将接收到缴光信号的光电传感器22对应的中心位置点在定位平面图上标出，即初始位置点D；

所述实时测定，缴光发射器11定时启动（通过计时器4定时启动）向固定板21方向发射缴光，并将接收到缴光信号的光电传感器22对应的中心位置点在定位平面图上标出，即实时位置点M；

所述比对，如图4所示，在平面图上对比初始位置点D与实时位置M点，如果二者重合或是相距在合理范围内即安全，如果二者相距在不合理范围内即不安全。

优选的，如图5中，激光发射部件1还包括由旋转电机12驱动的旋转底座13，所述激光发射器11设在旋转底座13上，所述旋转电机12与控制器3通过计时器4连接，计时器4定时向控制器3发出信号启动旋转电机12旋转，旋转电机12旋转带动旋转底座13旋转；

激光接收部件包括二块固定板21，每块所述固定板21上各设置八个光电传感器22。

一种基于电子系统的现场岩体结构面张开与剪切变形长期监测方法包括双向定位、双向初测、实时测定、比对；

所述双向定位，将二个固定板21上的8个光电传感器22的中心位置分别进行定点，并将其中一个固定板21上的光电传感器22在一个平面上依次标出其中心位置点A1\A2\A3…A8, 然后用直线将相邻的中心位置A1\A2\A3…A8点连接起来组成第一定位平面图，同时将另一个固定板21上的光电传感器22在另一个平面上依次标出其中心位置点B1\B2\B3…B8, 然后用直线将相邻的中心位置B1\B2\B3…B8点连接起来组成第二定位平面图；

所述双向初测，如图6，将其中一块固定板21放置在裂口一侧a位、将另一块固定板21放置在裂口一侧的b位（a位、b位分别与旋转底座13连线，构成的夹角可以为任意角度，优选的为90度）、激光发射器11放置在裂口另一侧，启动激光发射器11发射缴光，a位固定板上某个光电传感器接22收到缴光信号，将接收到缴光信号的光电传感器22对应的中心位置点在第一定位平面图上标出（上述过程可以采用控制器进行自动标出），即第一初始位置点D1，使激光发射器旋转并发射缴光，b位固定板21上某个光电传感器22接收到缴光信号，将接收到缴光信号的光电传感器22对应的中心位置点在第二定位平面图上标出，即第二初始位置点D2；

所述实时测定，缴光发射器11定时启动向a位固定板21方向发射缴光，并将接收到缴光信号的光电传感器22对应的中心位置点在第一定位平面图上标出，即第一实时位置点M1，缴光发射器11定时启动、并旋转向b位固定板21方向发射缴光，并将接收到缴光信号的光电传感器22对应的中心位置点在第二定位平面图上标出，即第二实时位置点M2；

所述比对，在平面图上对第一比初始位置点D1与第一实时位置点M2和第二比初始位置点D2与第二实时位置点M2，如果上述二组相距均在合理范围内即安全，如果二组相距有一组不在合理范围内即不安全，能过对比多点相对位置的变化，可以提高测量的精确度。

优选的，一种基于电子系统的现场岩体结构面张开与剪切变形长期监测方法方法（此方法适用监测大断面的断层岩石）包括多向定位、多向初测、实时测定、比对；

所述多向定位，图7所示，将至少三个固定板上的多个光电传感器的中心位置分别进行定点，并将其第一个固定板上的光电传感器在一个平面上依次标出其中心位置点A1\A2\A3…An, 然后用直线将相邻的中心位置A1\A2\A3…An点连接起来组成第一定位平面图，同时将第二个固定板上的光电传感器在一个平面上依次标出其中心位置点B1\B2\B3…Bn, 然后用直线将相邻的中心位置B1\B2\B3…Bn点连接起来组成第二定位平面图，另将第三个固定板上的光电传感器在一个平面上依次标出其中心位置点C1\C2\C3…Cn, 然后用直线将相邻的中心位置C1\C2\C3…Cn点连接起来组成第三定位平面图；

所述多向初测，将第一块固定板放置在裂口一侧a位、将第二块固定板放置在裂口一侧的b位、将第三块固定板放置在裂口一侧的c位、激光发射器放置在裂口另一侧，启动激光发射器发射缴光，a位固定板上某个光电传感器接收到缴光信号，将接收到缴光信号的光电传感器对应的中心位置点在第一定位平面图上标出，即第一初始位置点，使激光发射器旋转一定角度并发射缴光，b位固定板上某个光电传感器接收到缴光信号，将接收到缴光信号的光电传感器对应的中心位置点在第二定位平面图上标出，即第二初始位置点，使激光发射器再次旋转一定角度并发射缴光，c位固定板上某个光电传感器接收到缴光信号，将接收到缴光信号的光电传感器对应的中心位置点在第三定位平面图上标出，即第三初始位置点；

所述实时测定，缴光发射器定时启动向a位固定板方向发射缴光，并将接收到缴光信号的光电传感器对应的中心位置点在第一定位平面图上标出，即第一实时位置点，缴光发射器定时启动、并旋转向b位固定板方向发射缴光，并将接收到缴光信号的光电传感器对应的中心位置点在第二定位平面图上标出，即第二实时位置点，缴光发射器定时启动、并旋转向c位固定板方向发射缴光，并将接收到缴光信号的光电传感器对应的中心位置点在第三定位平面图上标出，即第三实时位置点；

所述比对，在平面图上对第一比初始位置点与第一实时位置点、第二比初始位置点与第二实时位置点、第三比初始位置点与第三实时位置点，如果上述三组相距均在合理范围内即安全，如果三组相距有一组不在合理范围内即不安全。

Claims (3)

1.一种基于电子系统的现场岩体结构面变形长期监测装置，其特征是：所述监测装置包括激光发射部件、激光接收部件；

所述激光发射部件包括激光发射器；

所述激光接收部件包括固定板及在所述固定板上设置的多个光电传感器；

每个所述光电传感器分别与控制器连接，激光发射器与控制器通过计时器连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于电子系统的现场岩体结构面变形长期监测装置，其特征是：所述监测装置包括太阳能电板，太阳能电板与蓄电池连接，

激光发射器、光电传感器、计时器、控制器分别与蓄电池连通。

3.根据权利要求1所述的一种基于电子系统的现场岩体结构面变形长期监测装置，其特征是：所述激光发射部件还包括由旋转电机驱动的旋转底座，所述激光发射器设在旋转底座上，所述旋转电机与控制器通过计时器连接；

所述激光接收部件至少包括二块固定板，每块所述固定板上各设置多个光电传感器。