CN209277211U - 一种推移式滑坡-抗滑桩模型试验监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种推移式滑坡‑抗滑桩模型试验监测系统，监测系统包括模型框架、设于模型框架内的滑坡模型、埋设于滑坡模型中的抗滑桩模型、用于监测滑坡模型的后缘加载推力的后缘推力监测单元、用于监测滑坡模型的坡表位移和抗滑桩模型的桩顶位移的坡表位移监测单元、用于监测滑坡模型的内部的深部位移监测单元、用于监测滑坡模型的内部土压力及抗滑桩模型的桩周土压力的土压力监测单元、用于监测抗滑桩模型的桩身内部的抗滑桩变形和受力监测单元、用于监测抗滑桩模型的区域坡表温度场的坡表温度场监测单元。本实用新型的系统能够有效防控滑坡地质灾害的发生，提高抗滑桩治理工程的有效性和安全性。

Description

一种推移式滑坡-抗滑桩模型试验监测系统

技术领域

本实用新型涉及地质灾害模型试验技术领域，尤其涉及一种推移式滑坡-抗滑桩模型试验监测系统。

背景技术

我国幅员辽阔，地质条件十分复杂，山区丘陵地貌广布，滑坡分布十分广泛，是世界上受滑坡危害较为严重的国家之一。随着我国经济建设高速发展，特别是“西部大开发”的战略决策实施过程中，大型水利水电工程相继在地质条件复杂、滑坡地质灾害频发区建设，带来巨大经济效益的同时，诱发了大量的滑坡。按滑坡受力特征可分为牵引式滑坡、推移式滑坡及混合式滑坡等，推移式滑坡是由于滑坡后缘的长期加载而导致滑坡的整体破坏。

为了切实保障人民生命财产安全，有关部门对滑坡非常重视并开展了大规模的滑坡地质灾害治理，形成了大量的“滑坡-防治结构体系”。滑坡治理是一个复杂的岩土工程问题，目前在滑坡治理工程运用的主要抗滑措施为抗滑桩。

目前，滑坡模型试验已成为研究滑坡变形机理和演化过程的重要手段，模拟滑坡发生全过程的同时能够获取完整的多场信息。滑坡模型试验在国内外得到了广泛应用，但对于推移式滑坡-抗滑桩这个体系，还未建立完整的模型试验监测系统和监测方法。建立一个完整的推移式滑坡-抗滑桩模型试验立体式多场监测信息系统，获取滑坡-抗滑桩体系位移场、应力场、应变场及温度场等多场信息，能够为推移式滑坡-抗滑桩相互作用机理的研究提供基础，能为滑坡-抗滑桩体系稳定性评价、抗滑桩加固效果及抗滑桩优化设计提供技术储备，从而提高抗滑桩治理工程的有效性和安全性，具有重要的科学意义。

因此，迫切需要建立一种推移式滑坡-抗滑桩模型试验监测系统和监测方法，提高滑坡模型试验的有效性和准确性。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种推移式滑坡-抗滑桩模型试验监测系统，可提高滑坡模型试验效率，能够有效研究推移式滑坡-抗滑桩体系相互作用机理，为推移式滑坡-抗滑桩体系的研究提供参考，从而提高抗滑桩治理工程的有效性和安全性。

为实现上述目的，本实用新型采用了一种技术方案：一种推移式滑坡-抗滑桩模型试验监测系统，所述监测系统包括：模型框架，设于所述模型框架内的滑坡模型，埋设于所述滑坡模型中的抗滑桩模型，设于所述滑坡模型后缘的后缘推力监测单元，设于所述滑坡模型的坡表、抗滑桩模型的桩顶和所述模型框架的正前方的坡表位移监测单元，埋设于所述滑坡模型中的深部位移监测单元，埋设于所述滑坡模型中的土压力监测单元，设于所述抗滑桩模型上的抗滑桩变形和受力监测单元，及设于所述抗滑桩模型的区域上方的坡表温度场监测单元；

所述后缘推力监测单元用于监测所述滑坡模型的后缘加载推力的变化情况；所述坡表位移监测单元用于监测所述滑坡模型的坡表位移和抗滑桩模型的桩顶位移的变化情况；所述深部位移监测单元用于监测所述滑坡模型的内部的变形情况；所述土压力监测单元用于监测所述滑坡模型的内部土压力及所述抗滑桩模型的桩周土压力的变化情况；所述抗滑桩变形和受力监测单元用于监测所述抗滑桩模型的桩身内部的变形和受力情况；所述坡表温度场监测单元用于监测所述抗滑桩模型的区域坡表温度场的变化情况；

所述后缘推力监测单元、坡表位移监测单元、深部位移监测单元、土压力监测单元、抗滑桩变形和受力监测单元及坡表温度场监测单元均与调节仪连接，且所述调节仪与控制终端连接，所述控制终端用于监测推移式滑坡-抗滑桩模型试验的多场信息变化情况。

进一步地，所述后缘推力监测单元包括压力传感器，用于实时监测所述滑坡模型的后缘加载推力变化情况，并实现试验过程中后缘加载推力的控制；所述压力传感器安装在后缘加载装置和加载板之间，所述后缘加载装置安装在所述模型框架靠近所述滑坡模型后缘的一内侧面上，所述加载板设于所述滑坡模型的后缘。

进一步地，所述坡表位移监测单元包括三维激光扫描仪和若干个位移标记点，所述位移标记点均匀布设在所述滑坡模型的坡表和抗滑桩模型的桩顶；所述三维激光扫描仪对准所述滑坡模型的前缘，用于实时扫描记录所述位移标记点的三维坐标数据，从而计算所述滑坡模型的坡表位移量和抗滑桩模型的桩顶位移量。

进一步地，所述深部位移监测单元包括柔性深部位移计，用于监测所述滑坡模型的内部的变形情况；所述柔性深部位移计沿垂直方向分别埋设在所述滑坡模型的前缘、中部和后缘，其底部固定在滑坡模型滑床上。

进一步地，所述土压力监测单元包括微型土压力盒，用于监测所述滑坡模型的内部土压力及所述抗滑桩模型的桩周土压力的时空分布情况和土拱效应的变化情况；所述滑坡模型包括滑体模型、滑带模型和滑床模型。

进一步地，所述微型土压力盒沿垂直方向等间距地分别埋设在所述滑体模型的前缘和后缘，及所述抗滑桩模型的桩前、桩后和桩侧，所述微型土压力盒的受力面均朝向所述滑坡模型的后缘。

进一步地，所述抗滑桩变形和受力监测单元包括微型应变片和光纤光栅，所述微型应变片用于实时监测所述抗滑桩模型的桩身变形和受力情况，所述光纤光栅用于实时监测所述抗滑桩模型的桩身的变形情况。

进一步地，所述微型应变片依次垂直等间距地设于所述抗滑桩模型的桩身前侧和后侧；所述抗滑桩模型上刻有微型U型槽，所述光纤光栅设于所述抗滑桩模型的微型U型槽内。

进一步地，所述坡表温度场监测单元包括红外热像仪，用于监测所述抗滑桩模型的区域坡表温度场的变化情况；所述红外热仪安装在所述抗滑桩模型的区域正上方。

进一步地，所述抗滑桩模型为聚氨酯试验桩。

本实用新型的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本实用新型建立了一个完整的推移式滑坡-抗滑桩模型试验立体式多场监测信息系统，监测内容包括后缘推力、坡表位移、桩顶位移、深部位移、滑坡土压力、桩周土压力、抗滑桩桩身变形和受力以及坡表温度场，能够有效研究推移式滑坡-抗滑桩体系相互作用机理，从而提高抗滑桩治理工程的有效性和安全性。

附图说明

图1为本实用新型提供的推移式滑坡-抗滑桩模型试验监测系统的组成框图；

图2为本实用新型提供的推移式滑坡-抗滑桩模型试验监测系统的示意图一；

图3为本实用新型提供的推移式滑坡-抗滑桩模型试验监测系统的示意图二；

图4为本实用新型提供的滑坡模型试验抗滑桩监测系统的示意图；

图5为本实用新型提供的一种推移式滑坡-抗滑桩模型试验监测方法。

其中：11-滑坡模型；12-滑体模型；13-滑带模型；14-滑床模型；2-模型框架；30-后缘推力监测单元；31-后缘加载装置；32-压力传感器；33-加载板；40-坡表位移监测单元；41- 三维激光扫描仪；42-位移标记点；50-深部位移监测单元；51-柔性深部位移计；60-土压力监测单元；61-微型土压力盒；70-抗滑桩变形和受力监测单元；71-抗滑桩模型；72-光纤光栅； 73-微型应变片；80-坡表温度场监测单元；81-红外热像仪；91-调节仪；92-控制终端。

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，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

如图1所示，本实用新型的实施例提供了一种推移式滑坡-抗滑桩模型试验监测系统，所述推移式滑坡-抗滑桩模型试验监测系统包括：后缘推力监测单元30、坡表位移监测单元40、深部位移监测单元50、土压力监测单元60、抗滑桩变形和受力监测单元70、坡表温度场监测单元80，所述后缘推力监测单元30、坡表位移监测单元40、深部位移监测单元50、土压力监测单元60、抗滑桩变形和受力监测单元70、坡表温度场监测单元80均与调节仪91连接，且所述调节仪91与控制终端92连接。

所述后缘推力监测单元30用于监测所述滑坡模型11的后缘加载推力的变化情况，所述坡表位移监测单元40用于监测所述滑坡模型11的坡表位移和抗滑桩模型71的桩顶位移的变化情况，所述深部位移监测单元50用于监测所述滑坡模型11的内部的变形情况，所述土压力监测单元60用于监测所述滑坡模型11的内部的土压力及抗滑桩模型71的桩周的土压力的变化情况；所述抗滑桩变形和受力监测单元70用于监测所述抗滑桩模型71的桩身内部的变形和受力情况，所述坡表温度场监测单元80用于监测所述抗滑桩模型71的区域坡表温度场的变形情况，所述控制终端92用于监测推移式滑坡-抗滑桩模型试验的多场信息变化情况。

参照图2、3，图2、3为本实用新型提供的推移式滑坡-抗滑桩模型试验监测系统的示意图，图2为主剖视图，图3为俯视图。所述推移式滑坡-抗滑桩模型试验监测系统还包括模型框架2，在所述模型框架2内安置滑坡模型11，所述滑坡模型11包括滑体模型12、滑带模型13和滑床模型14，在所述滑坡模型11上布置若干个抗滑桩模型71(也即抗滑桩)，以获取所述推移式滑坡 -抗滑桩模型，图中以布置六个所述抗滑桩模型71为例。优选的，所述抗滑桩模型71排列成一排再依次垂直布置在所述滑坡模型11的中部。其中，所述后缘推力监测单元30设于所述滑坡模型11的后缘，所述坡表位移监测单元40设于所述滑坡模型11的坡表、抗滑桩模型71的桩顶和所述模型框架2的正前方，所述深部位移监测单元50埋设于所述滑坡模型11中，所述土压力监测单元60埋设于所述滑坡模型11中，所述抗滑桩变形和受力监测单元70设于所述抗滑桩模型71上，所述坡表温度场监测单元80设于所述抗滑桩模型71的区域上方。

所述后缘推力监测单元30包括压力传感器32，所述压力传感器32安装在推移式滑坡模型试验的后缘加载装置31和加载板33之间，所述后缘加载装置31安装在所述模型框架2靠近所述滑坡模型11后缘的一内侧面上(图中以右侧面为例)，所述加载板33设于所述滑坡模型11的后缘，所述压力传感器32用于实时监测推移式滑坡模型后缘加载推力变化情况，同时可以实现试验过程中后缘加载推力的精确控制。

所述坡表位移监测单元40包括三维激光扫描仪41和若干个位移标记点42，所述三维激光扫描仪41安装在所述模型框架2的正前方，也即对准所述滑坡模型11的前缘(图中以左侧为例)，用于实时扫描记录所述位移标记点42的三维坐标数据。

所述位移标记点42均匀布设在所述滑坡模型11的坡表和抗滑桩模型71的桩顶，所述位移标记点42在所述抗滑桩模型71的桩周区域可布设更加密集，从而通过所述抗滑桩模型71的桩周坡表位移变化观测滑坡-抗滑桩桩土相互作用效果。优选的，所述位移标记点42选用白色标记点，便于所述三维激光扫描仪41的识别和后期坐标数据处理。通过后期处理所述位移标记点42的三维坐标数据，从而计算所述滑坡模型11的坡表位移量和所述抗滑桩模型71的桩顶位移量及其位移变化情况。

所述深部位移监测单元50包括柔性深部位移计51，所述柔性深部位移计51沿垂直方向分别埋设在所述滑坡模型11中，优选的，所述柔性深部位移计51的数量为三个，且埋设在所述滑坡模型11的前缘、中部和后缘。所述柔性深部位移计51均埋设在所述滑坡模型11的主剖面上，所述柔性深部位移计51的底部固定在所述滑床模型14上，所述柔性深部位移计51在所述滑带模型13的位置部分为活动传感线，所述柔性深部位移计51用于监测所述滑体模型12的内部的变形情况。

所述土压力监测单元60包括微型土压力盒61，优选的，所述微型土压力盒61沿垂直方向等间距地分别埋设在所述滑体模型12的前缘和后缘，及所述抗滑桩模型71的桩前、桩后和桩侧，所述微型土压力盒61受力面均朝向所述滑坡模型11的后缘，所述微型土压力盒61用于监测所述滑坡模型11的内部土压力及所述抗滑桩模型71的桩周土压力的时空分布情况和土拱效应的变化情况。

参照图4，图4为本实用新型提供的滑坡模型试验抗滑桩监测系统的示意图。所述抗滑桩变形和受力监测单元70包括微型应变片73和光纤光栅72，所述微型应变片73用于实时监测所述抗滑桩模型71的桩身的变形和受力情况，所述微型应变片73依次垂直等间距地设于(例如，粘结)所述抗滑桩模型71的桩身前侧和后侧，所述光纤光栅72用于实时监测抗滑桩桩身的变形情况。优选的，所述抗滑桩模型71上刻有微型U型槽，所述光纤光栅72设于(例如，粘结) 所述抗滑桩模型71的微型U型槽内。

优选的，所述抗滑桩模型71为聚氨酯试验桩，所述聚氨酯试验桩71在基本满足滑坡模型试验相似原理的同时能够模拟实际工程抗滑桩的力学性能，有益于抗滑桩受力变形机理的研究，所述聚氨酯试验桩71能够充分模拟滑坡-抗滑桩桩土协同变形作用，有益于滑坡-抗滑桩相互作用机理的研究，所述聚氨酯试验桩71易于粘结、方便刻槽，有益于所述微型应变片73 和光纤光栅72的布置。

所述坡表温度场监测单元80包括红外热像仪81，所述红外热像仪81安装在所述抗滑桩模型71的区域正上方，所述红外热像仪81用于监测所述抗滑桩模型71的区域坡表温度场的变化情况，从能量的角度观测抗滑桩的抗滑效果。

本实用新型的实施例还提供了一种推移式滑坡-抗滑桩模型试验监测方法，应用于上述推移式滑坡-抗滑桩模型试验监测系统，所述监测方法包括：

步骤1：建立所述推移式滑坡-抗滑桩模型：在所述模型框架2内安置所述滑坡模型11，也即从底层往上依次安置所述滑床模型14、滑带模型13和滑体模型12，将若干个所述抗滑桩模型71排列成一排再依次垂直布置在所述滑坡模型11的中部；

步骤2：安装布置监测单元：在所述滑坡模型11的后缘安装所述加载板33、在所述模型框架2靠近所述滑坡模型11后缘的一内侧面上安装所述后缘加载装置31，将所述压力传感器32 安装在所述后缘加载装置31和加载板33之间；将所述三维激光扫描仪41安装在所述模型框架2 的正前方，并将若干个所述位移标记点42均匀布设在所述滑坡模型11的坡表和抗滑桩模型71 的桩顶；将所述柔性深部位移计51沿垂直方向分别埋设在所述滑坡模型11的前缘、中部和后缘；将所述微型土压力盒61埋设在所述滑体模型12的前缘和后缘，及所述抗滑桩模型71的桩前、桩后和桩侧；将所述微型应变片73安装在所述抗滑桩模型71的桩身前侧和后侧，将所述光纤光栅72安装在所述抗滑桩模型71的微型U型槽内；将所述红外热像仪81安装在所述抗滑桩模型71的区域正上方；

步骤3：滑坡后缘加载：根据设计的加载方案，利用所述后缘加载装置31对所述滑坡模型 11进行加载推动，进行推移式滑坡-抗滑桩模型试验；

步骤4：各监测单元获取模型试验的多场信息变化情况：通过所述后缘推力监测单元30 获取后缘加载推力的变化情况，通过所述坡表位移监测单元40获取所述滑坡模型11的坡表位移和所述抗滑桩模型71的桩顶位移的变化情况，通过所述深部位移监测单元50获取所述滑坡模型11内部的变形情况，通过所述土压力监测单元60获取所述滑坡模型11内部土压力及所述抗滑桩模型71桩周土压力的变化情况，通过所述抗滑桩变形和受力监测单元70获取所述抗滑桩模型71桩身内部的变形和受力情况，通过所述坡表温度场监测单元80获取所述抗滑桩模型 71的区域坡表温度场的变形情况；

步骤5：模型试验多场信息的采集及预处理，通过所述控制终端92采集所述推移式滑坡- 抗滑桩模型的试验多场信息变化情况并进行预处理。

通过提供一种推移式滑坡-抗滑桩模型试验监测系统及监测方法，建立一个完整的推移式滑坡-抗滑桩模型试验立体式多场监测信息系统，获取滑坡-抗滑桩体系位移场、应力场、应变场及温度场等多场信息，能够为推移式滑坡-抗滑桩相互作用机理的研究提供基础，从而提高抗滑桩治理工程的有效性和安全性。

本实用新型的实施例提供的技术方案带来的有益效果是︰本实用新型建立了一个完整的推移式滑坡-抗滑桩模型试验立体式多场监测信息系统，监测内容包括后缘推力、坡表位移、桩顶位移、深部位移、滑坡土压力、桩周土压力、抗滑桩桩身变形和受力以及坡表温度场，能够有效研究推移式滑坡-抗滑桩体系相互作用机理，从而提高抗滑桩治理工程的有效性和安全性。

值得说明的是：在本实用新型的描述中，“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，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 (10)

1.一种推移式滑坡-抗滑桩模型试验监测系统，其特征在于：所述监测系统包括：模型框架，设于所述模型框架内的滑坡模型，埋设于所述滑坡模型中的抗滑桩模型，设于所述滑坡模型后缘的后缘推力监测单元，设于所述滑坡模型的坡表、抗滑桩模型的桩顶和所述模型框架的正前方的坡表位移监测单元，埋设于所述滑坡模型中的深部位移监测单元，埋设于所述滑坡模型中的土压力监测单元，设于所述抗滑桩模型上的抗滑桩变形和受力监测单元，及设于所述抗滑桩模型的区域上方的坡表温度场监测单元；

所述后缘推力监测单元用于监测所述滑坡模型的后缘加载推力的变化情况；所述坡表位移监测单元用于监测所述滑坡模型的坡表位移和抗滑桩模型的桩顶位移的变化情况；所述深部位移监测单元用于监测所述滑坡模型的内部的变形情况；所述土压力监测单元用于监测所述滑坡模型的内部土压力及所述抗滑桩模型的桩周土压力的变化情况；所述抗滑桩变形和受力监测单元用于监测所述抗滑桩模型的桩身内部的变形和受力情况；所述坡表温度场监测单元用于监测所述抗滑桩模型的区域坡表温度场的变化情况；

所述后缘推力监测单元、坡表位移监测单元、深部位移监测单元、土压力监测单元、抗滑桩变形和受力监测单元及坡表温度场监测单元均与调节仪连接，且所述调节仪与控制终端连接，所述控制终端用于监测推移式滑坡-抗滑桩模型试验的多场信息变化情况。

2.如权利要求1所述的推移式滑坡-抗滑桩模型试验监测系统，其特征在于：所述后缘推力监测单元包括压力传感器，用于实时监测所述滑坡模型的后缘加载推力变化情况，并实现试验过程中后缘加载推力的控制；所述压力传感器安装在后缘加载装置和加载板之间，所述后缘加载装置安装在所述模型框架靠近所述滑坡模型后缘的一内侧面上，所述加载板设于所述滑坡模型的后缘。

3.如权利要求1所述的推移式滑坡-抗滑桩模型试验监测系统，其特征在于：所述坡表位移监测单元包括三维激光扫描仪和若干个位移标记点，所述位移标记点均匀布设在所述滑坡模型的坡表和抗滑桩模型的桩顶；所述三维激光扫描仪对准所述滑坡模型的前缘，用于实时扫描记录所述位移标记点的三维坐标数据，从而计算所述滑坡模型的坡表位移量和抗滑桩模型的桩顶位移量。

4.如权利要求1所述的推移式滑坡-抗滑桩模型试验监测系统，其特征在于：所述深部位移监测单元包括柔性深部位移计，用于监测所述滑坡模型的内部的变形情况；所述柔性深部位移计沿垂直方向分别埋设在所述滑坡模型的前缘、中部和后缘，其底部固定在滑坡模型滑床上。

5.如权利要求1所述的推移式滑坡-抗滑桩模型试验监测系统，其特征在于：所述土压力监测单元包括微型土压力盒，用于监测所述滑坡模型的内部土压力及所述抗滑桩模型的桩周土压力的时空分布情况和土拱效应的变化情况；所述滑坡模型包括滑体模型、滑带模型和滑床模型。

6.如权利要求5所述的推移式滑坡-抗滑桩模型试验监测系统，其特征在于：所述微型土压力盒沿垂直方向等间距地分别埋设在所述滑体模型的前缘和后缘，及所述抗滑桩模型的桩前、桩后和桩侧，所述微型土压力盒的受力面均朝向所述滑坡模型的后缘。

7.如权利要求1所述的推移式滑坡-抗滑桩模型试验监测系统，其特征在于：所述抗滑桩变形和受力监测单元包括微型应变片和光纤光栅，所述微型应变片用于实时监测所述抗滑桩模型的桩身变形和受力情况，所述光纤光栅用于实时监测所述抗滑桩模型的桩身的变形情况。

8.如权利要求7所述的推移式滑坡-抗滑桩模型试验监测系统，其特征在于：所述微型应变片依次垂直等间距地设于所述抗滑桩模型的桩身前侧和后侧；所述抗滑桩模型上刻有微型U型槽，所述光纤光栅设于所述抗滑桩模型的微型U型槽内。

9.如权利要求1所述的推移式滑坡-抗滑桩模型试验监测系统，其特征在于：所述坡表温度场监测单元包括红外热像仪，用于监测所述抗滑桩模型的区域坡表温度场的变化情况；所述红外热仪安装在所述抗滑桩模型的区域正上方。

10.如权利要求1所述的推移式滑坡-抗滑桩模型试验监测系统，其特征在于：所述抗滑桩模型为聚氨酯试验桩。