WO2022267135A1 - 一种岩质边坡锁固段裂缝变形监测装置及布设方法 - Google Patents
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Definitions
- the opposite side walls of the mounting groove 53 are provided with a mounting groove 54 with the notch facing right, and the first clamping device 24 and the second clamping device
- the devices 25 are respectively installed in the installation grooves 54 .
- the two installation grooves 54 are located on the upper and lower sides of the installation groove 53.
- the piston rod of the first hydraulic cylinder 24a is lifted upwards to drive the first support arm 24b to move upward, and the piston rod of the second hydraulic cylinder 25a is pushed downward. Lifting drives the second support arm 25b to move downward, and the first support arm 24b and the second support arm cooperate to clamp the upper and lower rock faces of the flat hole 9, thereby realizing the underwater fixing of the underwater laying device 23.
Abstract
一种岩质边坡锁固段裂缝变形监测装置及布设方法，通过自动锁紧解锁装置(4)将囊式监测探头(1)上的填充管道(12)和导浆管(22a)连接，利用夹持组件夹持囊袋(11)上的待夹持部(11a)，利用顶伸驱动机构(6)驱动夹持驱动机构(7)朝平洞(9)方向移动，将囊袋(11)顶入至平洞(9)内；利用高压灌注机(22)通过导浆管(22a)向囊袋(11)内灌注水泥砂浆，使囊袋(11)膨胀，直到囊袋(11)上下表面抵住平洞(9)上下岩石面，使囊袋(11)上的监测器与平洞(9)上下岩石面相抵，在平洞(9)中阵列式布设多个囊式监测探头(1)。有益效果是：以锁固解锁型岩质滑坡为监测对象，通过滑体下方平洞(9)内阵列式布设压力传感器的方式监测其姿态变化，从而间接获得滑体变形数据，该方法灵敏度高，可以更为精准的从内部获得滑体的发育状况。
Description
本发明涉及地质灾害监测技术领域，尤其涉及一种岩质边坡锁固段裂缝变形监测装置及布设方法。
大型岩质滑坡，在发生时常伴随高应变能的突然释放，由于其突发性，大方量，容易造成重大人员伤亡和经济损失。锁固段型岩质滑坡是其中的一个重要类型，其主要特征是，存在一条由前端锁固段和后缘拉裂区构成的潜在滑动面，在卸荷、降雨或者浸水的作用下，锁固段岩体的应变能逐渐累积直至破坏。
只有对该类岩质滑坡采取监测措施，才能对孕育中的灾害发出预警，这一直是地质灾害研究的重要内容。宏观迹象监测是现有该类滑坡的常用监测方法，通过诸如裂缝计、GPS、D-InSAR等技术对该类滑坡表面宏观变形的监测成为了较为常规的潜在滑坡判识手段。然而，对于锁固段型岩质滑坡这类前兆信息不明显的滑坡，前述方法便失去意义。锁固段和拉裂区是该类滑坡的突出特点，但后缘拉裂区的上覆土层和植被往往遮蔽重要特征，不利于监测的布设。前缘锁固段露出的控制性裂隙，经常紧邻陡直的岩壁，不易被土层和植被覆盖。如果能克服裂隙面深部布设、前缘涉水工作这些难题，监测这些控制性裂隙的应力和开合状态，将极大利于获取锁固段岩体的应变能累积状态和岩体整体的下滑趋势，对监测预警具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，为解决上述问题，本发明的实施例提供了一种岩质边坡锁固段裂缝变形监测装置及布设方法。
本发明的实施例提供一种岩质边坡锁固段裂缝变形监测装置包括：
囊式监测探头，包括囊袋、填充管道和监测器，所述囊袋与所述填充管道的出口连通，所述填充管道上设有止回阀，所述囊袋上固定有待夹持部，所述 监测器固定于所述囊袋上表面和/或下表面；
布设系统包括牵引机构、高压灌注机和水下布设器，所述牵引机构用于牵引所述水下布设器，使其下放至水下与平洞相对的位置；所述高压灌注机与所述填充管道通过导浆管连接，所述导浆管与所述填充管道的进口通过自动锁紧解锁装置连通，所述自动锁紧解锁装置用于自动将所述填充管道和所述导浆管锁紧和解锁，以利用所述高压灌注机向所述囊袋内灌注水泥砂浆；
所述水下布设器包括顶伸驱动机构、夹持驱动机构和夹持组件，所述夹持组件安装于所述夹持驱动机构上，所述夹持组件具有夹持所述待夹持部的夹持位置和松开所述待夹持部的解锁位置，所述夹持驱动机构驱动所述夹持组件在所述夹持位置和所述解锁位置之间切换；所述夹持驱动机构安装于所述顶伸驱动机构上，所述顶伸驱动机构驱动所述夹持驱动机构向所述平洞方向移动，以将所述囊式监测探头顶入至平洞内。
进一步地，所述夹持驱动机构包括中空设置的限位壳、齿条和驱动马达；
所述限位壳与所述顶伸驱动机构固定连接，所述齿条沿左右向延伸，且可沿左右向移动安装于所述限位壳内，所述驱动马达安装于所述限位壳内，所述驱动马达的驱动轴上安装有与所述齿条相啮合的齿轮，所述驱动马达驱动所述齿轮转动带动所述齿条左右移动；
所述夹持组件包括两个连杆机构，两个所述连杆机构呈对称设置，两个所述连杆机构的中心所在直线与左右向垂直，所述连杆机构包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆右端和第二连杆左端铰接形成铰接部，所述第一连杆左端与所述齿条右端铰接，所述第二连杆中部与所述限位壳之间连接有销轴，两个所述铰接部分别位于所述齿条两侧，两个所述第二连杆右端分别连接有夹持部，所述齿条左右移动带动两个所述夹持部相向或背向移动。
进一步地，还包括抵挡件，所述抵挡件固定于所述限位壳内，且位于所述第一连杆背对所述第二连杆的一侧，所述夹持组件位于解锁位置时，所述第一连杆与所述抵挡件相抵。
进一步地，所述水下布设器还包括壳体，所述壳体设有槽口朝右的安装槽，所述顶伸驱动机构包括顶伸液压缸和八连杆机构，所述八连杆机构安装于所述安装槽内，所述顶伸液压缸固定于所述安装槽底壁，所述顶伸液压缸的活塞杆沿左右向延伸，且与所述八连杆机构一端铰接，所述八连杆机构另一端与所述夹持驱动机构连接。
进一步地，所述水下布设器还包括第一夹固装置和第二夹固装置；
所述第一夹固装置包括第一液压缸和第一支撑臂，所述第二夹固装置包括第二液压缸和第二支撑臂，所述第一支撑臂和所述第二支撑臂位于所述安装槽上下两侧，右端凸出所述安装槽设置；
所述第一液压缸安装于所述壳体上，与所述第一支撑臂连接，所述第二液压缸安装于所述壳体上，与所述第二支撑臂连接，所述第一液压缸和所述第二液压缸驱动所述第一支撑臂和所述第二支撑臂在上下向相向或背向移动，以使所述第一支撑臂和第二支撑臂背对的一侧与平洞上下岩石面相抵。
进一步地，所述自动锁紧解锁装置包括连接管和锁紧解锁机构，所述锁紧解锁机构包括锁紧液压缸、楔形座、楔形齿和弹簧；
所述连接管一端与导浆管连接，另一端用于填充管道插入，所述连接管中部内侧壁设有凹槽，所述锁紧液压缸固定于所述凹槽内，所述锁紧液压缸的活塞杆和所述连接管的延伸方向相同，所述楔形座与所述锁紧液压缸的活塞杆固定连接，所述楔形座与所述连接管侧壁相抵，所述楔形齿位于所述楔形座内侧，与所述凹槽通过弹簧固定连接，所述弹簧和所述连接管的延伸方向相同，所述楔形座的齿口和所述楔形齿的齿口相配合，所述锁紧液压缸驱动所述楔形座向所述弹簧的方向移动，由于所述弹簧的弹性作用，推动所述楔形齿向内移动，所述楔形齿背对所述楔形座的一侧用于与所述填充管道外侧壁相抵，以将所述填充管道固定于所述连接管内。
进一步地，所述锁紧解锁机构设有两个，所述连接管中部内侧壁设有相对的两个凹槽，两个所述锁紧解锁机构分别固定于所述凹槽内，两个所述楔形齿位于所述填充管道相对的两侧；和/或，
所述填充管道外侧壁与所述楔形齿相对的位置开设有楔形槽，所述楔形槽靠近所述弹簧的侧壁呈竖直设置，所述楔形槽靠近所述锁紧液压缸的侧壁呈光滑的斜面设置，且延伸至所述填充管道外侧壁。
进一步地，还包括声呐，所述声呐固定于所述壳体上并做防水处理，用于确定平洞的位置；和/或，
所述壳体顶部和底部分别固定有水下驱动装置，所述水下驱动装置用于驱动所述水下布设器在水底的前后左右的运动。
进一步地，还包括监测系统，所述监测系统包括太阳能供电模块、监测控制设备和监测墩；
所述监测墩浇筑于岩质滑坡旁的空旷稳定处，所述监测控制设备和太阳能供电模块固定于所述监测墩上，所述监测控制设备与所述囊袋上的监测器通过监测线缆电连接，获取所述监测器的监测数据，并通过GPRS发送至移动监测终端或网络以方便监测人员随时监控；所述太阳能供电模块与所述囊袋上的监测器通过监测线缆电连接，与监测控制设备电连接，并在监测过程中持续供电；和/或，
所述囊袋外围固定有定形钢圈，所述待夹持部固定于所述定形钢圈上。
本发明的实施例还提供一种布设方法，基于如上所述的岩质边坡锁固段裂缝变形监测装置，包括以下步骤：
S1基于前期地质勘察工作，确定需要监测的岩质滑坡平洞的位置，将载有布设系统的船锚定在平洞洞口水面位置旁；
S2通过自动锁紧解锁装置将囊式监测探头上的填充管道和导浆管连接，利用夹持驱动机构驱动夹持组件位于夹持位置，夹持囊袋上的待夹持部，利用牵引机构将水下布设器下放至与平洞相对的位置；
S3利用顶伸驱动机构驱动夹持驱动机构朝平洞方向移动，将囊袋顶入至平洞内；
S4利用高压灌注机通过导浆管向囊袋内灌注水泥砂浆，使囊袋膨胀，直到囊袋上下表面抵住平洞上下岩石面，使囊袋上的监测器与平洞上下岩石面相抵；
S5利用自动锁紧解锁装置使填充管道和导浆管解锁，利用夹持驱动机构驱动夹持组件位于解锁位置，利用顶伸驱动机构驱动夹持驱动机构回缩，利用牵引机构将水下布设器提升至水面位置；
S6重复步骤S2-S5，在平洞中阵列式布设多个囊式监测探头。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：以锁固解锁型岩质滑坡为监测对象，通过滑体下方平洞内阵列式布设压力传感器的方式监测其姿态变化，从而间接获得滑体变形数据，该方法灵敏度高，可以更为精准的从内部获得滑体的发育状况。本发明考虑了水下传感器布设的复杂环境因素，提供了一整套新型的囊式监测探头、相应的布设系统及监测系统，可以较好的适应水下的布设环境。本发明涉及到的传感器均为技术成熟的装置，可靠度与自动化程度高。本发明还考虑了岩溶作用产生的岩溶水，通过在囊式监测探头内增加钙离子监测探头的方式，在原位捕捉岩溶作用强弱，具有一定的开创性，可以更好的了解锁固段解锁过程。
图1是本发明提供的岩质边坡锁固段裂缝变形监测装置一实施例的结构示意图；
图2是图1中囊式监测探头的结构示意图；
图3是图2中囊式监测探头的俯视图；
图4是图1中自动锁紧解锁装置的结构示意图；
图5是图1中水下布设器的局部结构示意图；
图6是图1中水下布设器的剖面示意图；
图7是图6中夹持驱动机构和连杆机构的结构示意图；
图8是图7中夹持驱动机构和连杆立体图；
图9是图1中水下布设器的俯视图；
图10是本发明提供的布设方法一实施例的流程示意图。
图中：囊式监测探头1、囊袋11、待夹持部11a、定形钢圈11b、填充管道12、止回阀12a、密封圈12b、楔形槽12c、压力传感器组13、钙离子监测探头14、布设系统2、牵引机构21、船21a、卷扬机21b、钢缆21c、控制模块21d、电源模块21e、集成线缆21f、液压泵21g、高压灌注机22、导浆管22a、水下布设器23、第一夹固装置24、第一液压缸24a、第一支撑臂24b、第二夹固装置25、第二液压缸25a、第二支撑臂25b、监测系统3、太阳能供电模块31、监测控制设备32、监测墩33、自动锁紧解锁装置4、连接管41、凹槽41a、锁紧液压缸42、楔形座43、楔形齿44、弹簧45、壳体5、固定环51、水下驱动装置52、安装槽53、安装凹槽54、集成电路板55、声呐56、顶伸驱动机构6、顶伸液压缸61、八连杆机构62、夹持驱动机构7、限位壳71、齿条72、驱动马达73、连杆机构8、第一连杆81、第二连杆82、铰接部83、销轴84、夹持部85、弧形槽85a、抵挡件86、平洞9。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参见图1至图9，本发明的实施例提供一种岩质边坡锁固段裂缝变形监测装置，包括囊式监测探头1、布设系统2和监测系统3。
请参见图2和图3，囊式监测探头1包括囊袋11、填充管道12和监测器， 所述囊袋11与所述填充管道12的出口连通，所述填充管道12上设有止回阀12a，通过填充管道12可向囊袋11内填充水泥砂浆，灌注使用的水泥砂浆应为强度较高、干缩性小的硅酸盐水泥。止回阀12a防止填充物质在囊袋11的压力下回流逸散。所述囊袋11上固定有待夹持部11a，所述监测器固定于所述囊袋11上。
所述囊袋11外围固定有定形钢圈11b，所述待夹持部11a固定于所述定形钢圈11b上。具体的囊袋11为椭圆肥皂盒形状，囊袋11上设有定形钢圈11b，向平洞9中递放囊袋11的过程中，可使囊袋11上下两面保持水平，从而避免因囊袋11垂挂而造成的刮擦、上下面扭转等问题。可依据具体监测环境、囊袋11填充后囊袋11上下岩石面需与平洞9侧壁贴合的原则对囊袋11的材料进行选择，对于平洞9上下岩石面较为平整的监测对象，应使用TPU、PEVA等塑性较强的材料，对于平洞9上下岩石面凹凸不平的监测对象，应选择橡胶等柔性、弹性较好的材料，便于填充过程中充满空隙从而更好的实现监测目标。
本实施例中，监测器包括压力传感器组13和钙离子监测探头14，压力传感器组13固定于囊袋11上表面和/或下表面，所述压力传感器组13为阵列式排布，之间通过排线连接，通过胶粘或其他工艺固定于囊袋11上下表面并做防水处理。所述排线应有充分冗余，备用于囊袋11被填充过程中压力传感器之间的间距加大。所述钙离子监测探头14固定于定形钢圈11b侧边，所述压力传感器与钙离子监测探头14皆与监测线缆电连接，并借此实现监测数据传递、控制与供电。
请参见图1，监测系统3包括太阳能供电模块31、监测控制设备32和监测墩33。所述监测墩33浇筑于岩质滑坡旁的空旷稳定处，所述监测控制设备32和太阳能供电模块31固定于所述监测墩33上，所述监测控制设备32与所述囊袋11上的监测器通过监测线缆电连接，获取所述监测器的监测数据，并通过GPRS发送至移动监测终端或网络以方便监测人员随时监控；所述太阳能供电模块31与所述囊袋11上的监测器通过监测线缆电连接，与监测控制设备32电连接，并在监测过程中持续供电。
布设系统2包括牵引机构21、高压灌注机22和水下布设器23，所述牵引机构21用于牵引所述水下布设器23，使其下放至水下与平洞9相对的位置。
牵引机构21包括船21a、卷扬机21b、钢缆21c、控制模块21d、电源模块21e和集成线缆21f，所述集成线缆21f包括了液压油管、控制、供电线缆等。船21a布设时锚定于监测岩质滑坡旁水面上，卷扬机21b、控制模块21d、电源模块21e均固定于船21a上。卷扬机21b与控制模块21d电连接，通过钢缆21c 连接水下布设器23，控制模块21d通过控制卷扬机21b的正转与反转来控制水下布设器23的下放与提升。电源模块21e与各用电设备电连接，以提供布设阶段所需的电力。
高压灌注机22固定于船21a上，内预备有水泥砂浆，所述高压灌注机22与所述填充管道12通过导浆管22a连接，所述导浆管22a与所述填充管道12的进口通过自动锁紧解锁装置4连通，所述自动锁紧解锁装置4用于自动将所述填充管道12和所述导浆管22a锁紧和解锁，以利用所述高压灌注机22向所述囊袋11内灌注水泥砂浆。
具体的，请参见图4和图5，所述自动锁紧解锁装置4包括连接管41和锁紧解锁机构，所述锁紧解锁机构包括锁紧液压缸42、楔形座43、楔形齿44和弹簧45。所述连接管41一端与导浆管22a连接，另一端用于填充管道12插入，所述连接管41中部内侧壁设有凹槽41a，所述锁紧液压缸42固定于所述凹槽41a内，所述锁紧液压缸42的活塞杆和所述连接管41的延伸方向相同，所述楔形座43与所述锁紧液压缸42的活塞杆固定连接，所述楔形座43与所述连接管41侧壁相抵，所述楔形齿44位于所述楔形座43内侧，与所述凹槽41a通过弹簧45固定连接，所述弹簧45和所述连接管41的延伸方向相同，所述楔形座43的齿口和所述楔形齿44的齿口相配合，所述锁紧液压缸42驱动所述楔形座43向所述弹簧45的方向移动，由于所述弹簧45的弹性作用，推动所述楔形齿44向内移动，所述楔形齿44背对所述楔形座43的一侧用于与所述填充管道12外侧壁相抵，以将所述填充管道12固定于所述连接管41内。
将填充管道12插入连接管41内，启动锁紧液压缸42，锁紧液压缸42的活塞杆推动楔形座43向右移动，由于楔形齿44受到弹簧45的抵挡作用，楔形座43向右移动过程中，推动楔形齿44向内移动，可使楔形齿44与填充管道12相抵。本实施例中，所述锁紧解锁机构设有两个，所述连接管41中部内侧壁设有相对的两个凹槽41a，两个所述自动锁紧解锁装置4分别固定于所述凹槽41a内，两个所述楔形齿44位于所述填充管道12相对的两侧，利用两个楔形齿44对填充管道12进行夹持，实现对填充管道12的紧锁。填充管道12插入连接管41内的一端上设有密封圈12b，保证连接管41和填充管道12之间的的密封性。锁紧液压缸42和液压泵21g通过液压管道连接，液压泵21g固定于船21a上，为锁紧液压缸42提供液压动力。
填充管道12外侧壁与楔形齿44相对的位置开设有楔形槽12c，楔形槽12c 靠近弹簧45的侧壁呈竖直设置，楔形槽12c靠近锁紧液压缸42的侧壁呈光滑的斜面设置，且延伸至填充管道12外侧壁，由于楔形齿44与弹簧45连接，楔形齿44受到向内的推力时，楔形齿44沿着斜面滑入至楔形槽12c内，锁紧液压缸42对楔形座43施加推力时，使楔形齿44受到向内的推力的同时，也给楔形齿44施加朝向弹簧45的推力，使得楔形齿44与楔形槽12c的竖直侧壁相抵，进而对囊袋11施加水平向的挤压力，使得囊袋11上下表面的压力传感器与平洞9上下岩石面贴合。
请参见图5至图9，所述水下布设器23包括壳体5、顶伸驱动机构6、夹持驱动机构7和夹持组件。
所述壳体5顶部四角焊接有四个固定环51，用于串接钢缆21c以方便水下布设器23的下放。声呐56固定于所述壳体5上并做防水处理，用于确定平洞9的位置。所述壳体5顶部和底部分别固定有水下驱动装置52，分别固定于壳体5上下中心位置，所述水下驱动装置52用于驱动所述水下布设器23在水底的前后左右的运动，水下驱动装置52可以为电动马达等，此为现有技术，在此不作具体描述。
壳体5设有槽口朝右的安装槽53，所述顶伸驱动机构6安装于所述安装槽53内，所述夹持组件安装于所述夹持驱动机构7上，所述夹持组件具有夹持所述待夹持部11a的夹持位置和松开所述待夹持部11a的解锁位置，所述夹持驱动机构7驱动所述夹持组件在所述夹持位置和所述解锁位置之间切换。所述夹持驱动机构7安装于所述顶伸驱动机构6上，所述顶伸驱动机构6驱动所述夹持驱动机构7向所述平洞9方向移动，以将所述囊式监测探头1顶入至平洞9内。
所述顶伸驱动机构6包括顶伸液压缸61和八连杆机构62，所述八连杆机构62安装于所述安装槽53内，所述顶伸液压缸61固定于所述安装槽53底壁，所述顶伸液压缸61的活塞杆沿左右向延伸，且与所述八连杆机构62一端铰接，所述八连杆机构62另一端与所述夹持驱动机构7连接。顶伸液压缸61和液压泵21g之间通过液压管道连接，顶伸液压缸61的活塞杆推动八连杆机构62，从而可稳定地带动夹持驱动机构7左右移动。八连杆机构62为现有技术，在此不做具体描述，八连杆机构62可设有多个且依次串联，八连杆机构62串联的个数视在平洞9中需要的具体布设深度而定。
具体的，所述夹持驱动机构7包括中空设置的限位壳71、齿条72和驱动马达73。所述限位壳71与所述顶伸驱动机构6固定连接，所述齿条72沿左右向 延伸，且可沿左右向移动安装于所述限位壳71内，限位壳71左端与齿条72相对的侧壁可设有供齿条72穿过的让位孔，所述驱动马达73安装于所述限位壳71内，所述驱动马达73的驱动轴上安装有与所述齿条72相啮合的齿轮，所述驱动马达73驱动所述齿轮转动带动所述齿条72左右移动。
所述夹持组件包括两个连杆机构8，两个所述连杆机构8呈对称设置，两个所述连杆机构8的中心所在直线与左右向垂直，本实施例中，两个连杆机构8在上下向对称设置，所述连杆机构8包括第一连杆81和第二连杆82，所述第一连杆81右端和第二连杆82左端通过销轴铰接形成铰接部83，所述第一连杆81左端与所述齿条72右端通过销轴铰接，所述第二连杆82中部与所述限位壳71之间连接有销轴84，两个所述铰接部83分别位于所述齿条72两侧(本实施例中位于上下两侧)，两个所述第二连杆82右端分别连接有夹持部85，所述齿条72左右移动带动两个所述夹持部85相向或背向移动(本实施例中在上下向相向或背向移动)。
两个连杆机构8也可以位于齿条72的前后两侧，两个连杆机构8中心的连线方向只要与左右向垂直即可，驱动马达73驱动齿轮转动，由于齿轮与齿条72相啮合，从而带动齿条72向右移动，第一连杆81背向转动，使两个铰接部83慢慢远离，由于第二连杆82中部与限位壳71之间通过销轴84连接，使得两个夹持部85慢慢靠近，将囊袋11上的待夹持部11a放置于两个夹持部85之间，即可利用两个夹持部85夹持待夹持部11a。反向的，驱动马达73驱动齿轮转动带动齿条72向左移动，第一连杆81相向转动，使两个铰接部83慢慢靠近，由于第二连杆82中部与限位壳71之间通过销轴84连接，使得两个夹持部85慢慢远离。
为了增强两个夹持部85对待夹持部11a的夹持稳定性，夹持部85相对的侧壁设有弧形槽85a(请参见图8)，待夹持部11a位于弧形槽85a内。
限位壳71内固定有抵挡件86，抵挡件86位于所述第一连杆81背对所述第二连杆82的一侧，所述夹持组件位于解锁位置时，所述第一连杆81与所述抵挡件86相抵，对两个夹持部85远离的最大程度做出限定，避免齿条72移动的位移过大使齿轮和齿条72脱离。
请参见图6，所述水下布设器23还包括第一夹固装置24和第二夹固装置25，所述第一夹固装置24包括第一液压缸24a和第一支撑臂24b，所述第二夹固装置25包括第二液压缸25a和第二支撑臂25b，所述第一支撑臂24b和所述 第二支撑臂25b位于所述安装槽53上下两侧，右端凸出所述安装槽53设置。所述第一液压缸24a安装于所述壳体5上，与所述第一支撑臂24b连接，所述第二液压缸25a安装于所述壳体5上，与所述第二支撑臂25b连接，所述第一液压缸24a和所述第二液压缸25a驱动所述第一支撑臂24b和所述第二支撑臂25b在上下向相向或背向移动，以使所述第一支撑臂24b和第二支撑臂25b背对的一侧与平洞9上下岩石面相抵。第一液压缸24a和第二液压缸25a与液压泵21g通过液压管道连接。
为了便于第一夹固装置24和第二夹固装置25的安装，安装槽53相对的两侧壁均开设有槽口向右的安装凹槽54，第一夹固装置24和第二夹固装置25分别安装于安装凹槽54内。本实施例中，两个安装凹槽54位于安装槽53上下两侧，第一液压缸24a的活塞杆向上顶升带动第一支撑臂24b向上移动，第二液压缸25a的活塞杆向下顶升带动第二支撑臂25b向下移动，第一支撑臂24b和二支撑臂配合钳夹住平洞9的上下岩石面，从而实现水下布设器23的水下固定。
壳体5内固定有集成电路板55，集成电路板55可以是单片机，集成电路板55与控制模块21d通过集成线缆21f连接，与水下布设器23内部各个设备电连接，从而控制各组件的工作。
请参见图10，基于上述岩质边坡锁固段裂缝变形监测装置，本发明实施例还提供一种布设方法，包括以下步骤：
S1基于前期地质勘察工作，确定需要监测的岩质滑坡平洞9的位置，将载有布设系统2的船21a锚定在平洞9洞口水面位置旁。
S2通过自动锁紧解锁装置4将囊式监测探头1上的填充管道12和导浆管22a连接，利用夹持驱动机构7驱动夹持组件位于夹持位置，夹持囊袋11上的待夹持部11a，利用牵引机构21将水下布设器23下放至与平洞9相对的位置。具体的，通过控制模块21d控制水下布设器23的下放，基于声呐56识别平洞9洞口位置。
S3利用顶伸驱动机构6驱动夹持驱动机构7朝平洞9方向移动，将囊袋11顶入至平洞9内。具体的，利用集成电路板55控制水下驱动装置52工作，控制水下布设器23移动至洞口位置，使第一支撑臂24b和第二支撑臂25b端部位于平洞9内。利用第一液压缸24a驱动第一支撑臂24b向上顶升，第二液压缸25a驱动第二支撑臂25b向下顶升，第一支撑臂24b和第二支撑臂25b配合钳夹住平洞9洞口位置的上下岩石面，从而实现水下布设器23的水下固定。利用集 成电路板55控制顶伸液压缸61工作使得八连杆机构62伸长，从而将囊袋11送入平洞9内。
S4利用高压灌注机22通过导浆管22a向囊袋11内灌注水泥砂浆，使囊袋11膨胀，直到囊袋11上下表面抵住平洞9上下岩石面，使囊袋11上的监测器与平洞9上下岩石面相抵。
S5利用自动锁紧解锁装置4使填充管道12和导浆管22a解锁，利用夹持驱动机构7驱动夹持组件位于解锁位置，利用顶伸驱动机构6驱动夹持驱动机构7回缩，利用牵引机构21将水下布设器23提升至水面位置。具体的，控制顶伸液压缸61带动八连杆机构62回缩，带动夹持驱动机构7回到水下布设器23内；第一液压缸24a和第二液压缸25a驱动第一支撑臂24b和第二支撑臂25b相向移动，松开洞口；水下驱动装置52驱动水下布设器23向船21a的方向移动，利用牵引机构21将水下布设器23提升至水面位置。
S6重复步骤S2-S5，在平洞9中阵列式布设多个囊式监测探头1，囊式监测探头1的数量至少为9个，监测器通过监测线缆连接至监测系统3。等到囊式监测探头1中的水泥砂浆凝固硬化后，将压力传感器组13的读数全部归零。而后，定期监测压力传感器组13的数据变化，可以感知岩质滑坡滑体姿态变化，间接获得其变形趋势与规律。平洞9中阵列式布设的多个囊式监测探头1应不在同一直线上，囊式监测探头1的数量至少为3个，从而可获得代表整个地面的变形趋势。
本发明提供的技术方案，以锁固解锁型岩质滑坡为监测对象，通过滑体下方平洞9内阵列式布设压力传感器的方式监测其姿态变化，从而间接获得滑体变形数据，该方法灵敏度高，可以更为精准的从内部获得滑体的发育状况。本发明考虑了水下传感器布设的复杂环境因素，提供了一整套新型的囊式监测探头1、相应的布设系统2及监测系统3，可以较好的适应水下的布设环境。本发明涉及到的传感器均为技术成熟的装置，可靠度与自动化程度高。本发明还考虑了岩溶作用产生的岩溶水，通过在囊式监测探头1内增加钙离子监测探头14的方式，在原位捕捉岩溶作用强弱，具有一定的开创性，可以更好的了解锁固段解锁过程。
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。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
- 一种岩质边坡锁固段裂缝变形监测装置，其特征在于，包括：囊式监测探头，包括囊袋、填充管道和监测器，所述囊袋与所述填充管道的出口连通，所述填充管道上设有止回阀，所述囊袋上固定有待夹持部，所述监测器固定于所述囊袋上表面和/或下表面；布设系统包括牵引机构、高压灌注机和水下布设器，所述牵引机构用于牵引所述水下布设器，使其下放至水下与平洞相对的位置；所述高压灌注机与所述填充管道通过导浆管连接，所述导浆管与所述填充管道的进口通过自动锁紧解锁装置连通，所述自动锁紧解锁装置用于自动将所述填充管道和所述导浆管锁紧和解锁，以利用所述高压灌注机向所述囊袋内灌注水泥砂浆；所述水下布设器包括顶伸驱动机构、夹持驱动机构和夹持组件，所述夹持组件安装于所述夹持驱动机构上，所述夹持组件具有夹持所述待夹持部的夹持位置和松开所述待夹持部的解锁位置，所述夹持驱动机构驱动所述夹持组件在所述夹持位置和所述解锁位置之间切换；所述夹持驱动机构安装于所述顶伸驱动机构上，所述顶伸驱动机构驱动所述夹持驱动机构向所述平洞方向移动，以将所述囊式监测探头顶入至平洞内。
- 如权利要求1所述的岩质边坡锁固段裂缝变形监测装置，其特征在于，所述夹持驱动机构包括中空设置的限位壳、齿条和驱动马达；所述限位壳与所述顶伸驱动机构固定连接，所述齿条沿左右向延伸，且可沿左右向移动安装于所述限位壳内，所述驱动马达安装于所述限位壳内，所述驱动马达的驱动轴上安装有与所述齿条相啮合的齿轮，所述驱动马达驱动所述齿轮转动带动所述齿条左右移动；所述夹持组件包括两个连杆机构，两个所述连杆机构呈对称设置，两个所述连杆机构的中心所在直线与左右向垂直，所述连杆机构包括第一连 杆和第二连杆，所述第一连杆右端和第二连杆左端铰接形成铰接部，所述第一连杆左端与所述齿条右端铰接，所述第二连杆中部与所述限位壳之间连接有销轴，两个所述铰接部分别位于所述齿条两侧，两个所述第二连杆右端分别连接有夹持部，所述齿条左右移动带动两个所述夹持部相向或背向移动。
- 如权利要求2所述的岩质边坡锁固段裂缝变形监测装置，其特征在于，还包括抵挡件，所述抵挡件固定于所述限位壳内，且位于所述第一连杆背对所述第二连杆的一侧，所述夹持组件位于解锁位置时，所述第一连杆与所述抵挡件相抵。
- 如权利要求1所述的岩质边坡锁固段裂缝变形监测装置，其特征在于，所述水下布设器还包括壳体，所述壳体设有槽口朝右的安装槽，所述顶伸驱动机构包括顶伸液压缸和八连杆机构，所述八连杆机构安装于所述安装槽内，所述顶伸液压缸固定于所述安装槽底壁，所述顶伸液压缸的活塞杆沿左右向延伸，且与所述八连杆机构一端铰接，所述八连杆机构另一端与所述夹持驱动机构连接。
- 如权利要求4所述的岩质边坡锁固段裂缝变形监测装置，其特征在于，所述水下布设器还包括第一夹固装置和第二夹固装置；所述第一夹固装置包括第一液压缸和第一支撑臂，所述第二夹固装置包括第二液压缸和第二支撑臂，所述第一支撑臂和所述第二支撑臂位于所述安装槽上下两侧，右端凸出所述安装槽设置；所述第一液压缸安装于所述壳体上，与所述第一支撑臂连接，所述第二液压缸安装于所述壳体上，与所述第二支撑臂连接，所述第一液压缸和所述第二液压缸驱动所述第一支撑臂和所述第二支撑臂在上下向相向或背向移动，以使所述第一支撑臂和第二支撑臂背对的一侧与平洞上下岩石面相抵。
- 如权利要求1所述的岩质边坡锁固段裂缝变形监测装置，其特征在 于，所述自动锁紧解锁装置包括连接管和锁紧解锁机构，所述锁紧解锁机构包括锁紧液压缸、楔形座、楔形齿和弹簧；所述连接管一端与导浆管连接，另一端用于填充管道插入，所述连接管中部内侧壁设有凹槽，所述锁紧液压缸固定于所述凹槽内，所述锁紧液压缸的活塞杆和所述连接管的延伸方向相同，所述楔形座与所述锁紧液压缸的活塞杆固定连接，所述楔形座与所述连接管侧壁相抵，所述楔形齿位于所述楔形座内侧，与所述凹槽通过弹簧固定连接，所述弹簧和所述连接管的延伸方向相同，所述楔形座的齿口和所述楔形齿的齿口相配合，所述锁紧液压缸驱动所述楔形座向所述弹簧的方向移动，由于所述弹簧的弹性作用，推动所述楔形齿向内移动，所述楔形齿背对所述楔形座的一侧用于与所述填充管道外侧壁相抵，以将所述填充管道固定于所述连接管内。
- 如权利要求6所述的岩质边坡锁固段裂缝变形监测装置，其特征在于，所述锁紧解锁机构设有两个，所述连接管中部内侧壁设有相对的两个凹槽，两个所述锁紧解锁机构分别固定于所述凹槽内，两个所述楔形齿位于所述填充管道相对的两侧；和/或，所述填充管道外侧壁与所述楔形齿相对的位置开设有楔形槽，所述楔形槽靠近所述弹簧的侧壁呈竖直设置，所述楔形槽靠近所述锁紧液压缸的侧壁呈光滑的斜面设置，且延伸至所述填充管道外侧壁。
- 如权利要求4所述的岩质边坡锁固段裂缝变形监测装置，其特征在于，还包括声呐，所述声呐固定于所述壳体上并做防水处理，用于确定平洞的位置；和/或，所述壳体顶部和底部分别固定有水下驱动装置，所述水下驱动装置用于驱动所述水下布设器在水底的前后左右的运动。
- 如权利要求1所述的岩质边坡锁固段裂缝变形监测装置，其特征在于，还包括监测系统，所述监测系统包括太阳能供电模块、监测控制设备和监测墩；所述监测墩浇筑于岩质滑坡旁的空旷稳定处，所述监测控制设备和太阳能供电模块固定于所述监测墩上，所述监测控制设备与所述囊袋上的监测器通过监测线缆电连接，获取所述监测器的监测数据，并通过GPRS发送至移动监测终端或网络以方便监测人员随时监控；所述太阳能供电模块与所述囊袋上的监测器通过监测线缆电连接，与监测控制设备电连接，并在监测过程中持续供电；和/或，所述囊袋外围固定有定形钢圈，所述待夹持部固定于所述定形钢圈上。
- 一种布设方法，其特征在于，基于如权利要求1至9任一项所述的岩质边坡锁固段裂缝变形监测装置，包括以下步骤：S1基于前期地质勘察工作，确定需要监测的岩质滑坡平洞的位置，将载有布设系统的船锚定在平洞洞口水面位置旁；S2通过自动锁紧解锁装置将囊式监测探头上的填充管道和导浆管连接，利用夹持驱动机构驱动夹持组件位于夹持位置，夹持囊袋上的待夹持部，利用牵引机构将水下布设器下放至与平洞相对的位置；S3利用顶伸驱动机构驱动夹持驱动机构朝平洞方向移动，将囊袋顶入至平洞内；S4利用高压灌注机通过导浆管向囊袋内灌注水泥砂浆，使囊袋膨胀，直到囊袋上下表面抵住平洞上下岩石面，使囊袋上的监测器与平洞上下岩石面相抵；S5利用自动锁紧解锁装置使填充管道和导浆管解锁，利用夹持驱动机构驱动夹持组件位于解锁位置，利用顶伸驱动机构驱动夹持驱动机构回缩，利用牵引机构将水下布设器提升至水面位置；S6重复步骤S2-S5，在平洞中阵列式布设多个囊式监测探头。
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