本發(fā)明涉及滑坡監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及一種滑坡深部大位移自適應(yīng)監(jiān)測系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

滑坡是一種全球范圍內(nèi)危害嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，隨著人類工程活動(dòng)的日趨頻繁，滑坡地質(zhì)災(zāi)害也變得越來越頻發(fā)，造成的損失也越來越大。為了有效防治滑坡，國內(nèi)外學(xué)者及工程人員對滑坡進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，并試圖對其進(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)?；碌奈灰票O(jiān)測是實(shí)現(xiàn)滑坡中長期、臨滑預(yù)報(bào)的重要基礎(chǔ)，也是滑坡災(zāi)害監(jiān)測的一項(xiàng)重要的內(nèi)容和手段。

現(xiàn)有常用的滑坡位移監(jiān)測手段為地表gps、tdr技術(shù)、埋入式布設(shè)光纖和測斜孔位移測量，gps位移測量只能針對地表單點(diǎn)的變形測量，不能完成地面以下局部變形的測量；tdr技術(shù)、埋入式布設(shè)光纖等新興材料技術(shù)測量精度及可靠度不高，易被剪斷；測斜孔位移測量是現(xiàn)有測量手段中廣受認(rèn)可且能較為真實(shí)反應(yīng)滑坡變形的測量方法，不過該測量方法耗時(shí)耗力且測量結(jié)果也會(huì)因不同操作人員的操作差異產(chǎn)生較大隨機(jī)誤差，而且其在滑坡臨滑狀態(tài)時(shí)因測斜管變形較大而無法測得數(shù)據(jù)，不能適應(yīng)滑坡大位移變形監(jiān)測，而且，伴隨滑坡大位移發(fā)生時(shí)，很多檢測系統(tǒng)遭到破壞，進(jìn)而失去作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種系統(tǒng)使用穩(wěn)定，在大位移狀態(tài)下，仍能正常使用的滑坡深部大位移自適應(yīng)監(jiān)測系統(tǒng)和方法。

本發(fā)明的實(shí)施例提供一種滑坡深部大位移自適應(yīng)監(jiān)測系統(tǒng)，包括螺旋測管、多個(gè)空間定位儀和探測模塊，多個(gè)空間定位儀安裝在螺旋測管內(nèi)，所述螺旋測管從滑坡體插入基巖面，所述螺旋測管的底端固定在基巖面內(nèi)，所述螺旋測管包括若干一體成型的管圈，相鄰的管圈在初始狀態(tài)下并緊，并在滑坡體發(fā)生位移時(shí)管圈與相鄰管圈之間的間隙變大而拉伸螺旋測管的長度，多個(gè)空間定位儀根據(jù)螺旋測管的長度的變化而發(fā)生位置變化，并輸出波譜特征，多個(gè)空間定位儀將輸出的波譜特征通過超聲波信號發(fā)送給探測模塊，所述探測模塊接收多個(gè)空間定位儀的超聲波信號，并通過分析超聲波信號得到多個(gè)空間定位儀的空間坐標(biāo)，通過分析多個(gè)空間定位儀的空間坐標(biāo)得到螺旋測管的空間序列數(shù)據(jù)，進(jìn)而得到螺旋測管的變化情況，進(jìn)一步得到滑坡體的位移情況。

進(jìn)一步，所述空間定位儀的數(shù)量與滑坡體的位移測量精度正相關(guān)，所述空間定位儀在螺旋測管內(nèi)沿軸向方向均勻分布，所述空間定位儀與相鄰的空間定位儀間通過線纜電性連接。

進(jìn)一步，所述螺旋測管的制作材料為鋼絲增強(qiáng)聚氨酯。

進(jìn)一步，所述螺旋測管的底端固定在基巖面內(nèi)0.5m以下。

進(jìn)一步，所述多個(gè)空間定位儀通過線纜連接電源，所述電源向多個(gè)空間定位儀供電。

進(jìn)一步，所述螺旋測管的上部在滑坡體的地表，所述螺旋測管的上端插在銜接軸承內(nèi)，所述螺旋測管的裸露部分固定在監(jiān)測墩內(nèi)，所述監(jiān)測墩為監(jiān)測系統(tǒng)提供地表標(biāo)志，所述螺旋測管被拉伸時(shí)，所述銜接軸承驅(qū)動(dòng)螺旋測管轉(zhuǎn)動(dòng)，便于螺旋測管的拉伸。

進(jìn)一步，所述銜接軸承包括內(nèi)圈、外圈、保持架和鋼珠，所述內(nèi)圈和外圈之間設(shè)置鋼珠，所述保持架固定鋼珠，所述螺旋測管固定在內(nèi)圈內(nèi)，所述螺旋測管受到軸向拉力時(shí)，所述螺旋測管通過摩擦力作用帶動(dòng)內(nèi)圈運(yùn)動(dòng)，所述內(nèi)圈帶動(dòng)鋼珠運(yùn)動(dòng)，所述鋼珠的運(yùn)動(dòng)加速內(nèi)圈的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)螺旋測管的轉(zhuǎn)動(dòng)。

進(jìn)一步，所述探測模塊設(shè)在滑坡體的后緣穩(wěn)定位置，所述探測模塊連接通訊模塊，所述通訊模塊無線連接數(shù)據(jù)接收終端，所述通訊模塊為gprs無線傳輸設(shè)備，所述通訊模塊利用gsm移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的短信息和gprs業(yè)務(wù)搭建遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)，將探測模塊內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)接收終端中，所述數(shù)據(jù)接收終端對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存和管理，所述數(shù)據(jù)接收終端為pc、手機(jī)或工作站。

一種滑坡深部大位移自適應(yīng)監(jiān)測方法，包括以下步驟：

(1)對滑坡體進(jìn)行勘察，并確認(rèn)重點(diǎn)監(jiān)測位置；

(2)從滑坡體的地表至基巖面鉆監(jiān)測孔，根據(jù)監(jiān)測孔的深部和測量精度確定螺旋測管的長度和空間定位儀的數(shù)量；

(3)將多個(gè)空間定位儀安裝在螺旋測管內(nèi)，再將螺旋測管插入監(jiān)測孔內(nèi)，螺旋測管的底端固定在基巖面內(nèi)0.5m以下，再將從監(jiān)測孔內(nèi)挖出的巖土體回填至監(jiān)測孔內(nèi)，在螺旋測管的上端套入銜接軸承，在銜接軸承和地表之間建造監(jiān)測墩；

(4)滑坡發(fā)生時(shí)，螺旋測管被拉伸，銜接軸承驅(qū)動(dòng)螺旋測管轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著螺旋測管被拉伸，多個(gè)空間定位儀的位置發(fā)生變化，并輸出波譜特征，多個(gè)空間定位儀將輸出的波譜特征通過超聲波信號發(fā)送給探測模塊，探測模塊接收多個(gè)空間定位儀的超聲波信號，并通過分析超聲波信號得到多個(gè)空間定位儀的空間坐標(biāo)，通過分析多個(gè)空間定位儀的空間坐標(biāo)得到螺旋測管的空間序列數(shù)據(jù)，進(jìn)而得到螺旋測管的變形情況，進(jìn)一步得到滑坡體的位移情況；

(5)探測模塊通過通訊模塊將步驟(4)的所有數(shù)據(jù)均傳輸至數(shù)據(jù)接收終端中，數(shù)據(jù)接收終端對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存和管理。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明利用鋼絲增強(qiáng)聚氨酯螺旋測管提供了一個(gè)可以適應(yīng)滑坡大變形的穩(wěn)定、安全的地下空間，可在與周圍巖土體協(xié)調(diào)變形的同時(shí)保護(hù)內(nèi)部監(jiān)測儀器，提供供電條件，實(shí)現(xiàn)滑坡深部大變形的長時(shí)間、全過程跟蹤監(jiān)測。

2、本發(fā)明通過地面接收多個(gè)空間定位儀發(fā)射不同的超聲波方式確定螺旋測管空間姿態(tài)，間接獲得滑坡深部巖土體變形空間變化數(shù)據(jù)，突破傳統(tǒng)的滑坡位移監(jiān)測手段的限制。

3、本發(fā)明所涉及材料均為成熟技術(shù)，結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理。

4、本發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)滑坡大位移監(jiān)測，解決了傳統(tǒng)測斜監(jiān)測方法因測斜管的破壞而功虧一簣的問題，監(jiān)測結(jié)果有利于闡明和判定滑坡位移不同階段的發(fā)展趨勢，豐富并驗(yàn)證現(xiàn)有滑坡的預(yù)報(bào)方法。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種滑坡深部大位移自適應(yīng)監(jiān)測系統(tǒng)的一示意圖。

圖2是圖1中螺旋測管拉伸狀態(tài)的一剖視圖。

圖3是圖1中監(jiān)測墩和銜接軸承的一放大圖。

圖4是本發(fā)明一種滑坡深部大位移自適應(yīng)監(jiān)測系統(tǒng)的一原理圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地描述。

請參考圖1和圖2，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種滑坡深部大位移自適應(yīng)監(jiān)測系統(tǒng)，包括螺旋測管1、多個(gè)空間定位儀2和探測模塊3，多個(gè)空間定位儀2安裝在螺旋測管1內(nèi)，螺旋測管1從滑坡體13插入基巖面12，螺旋測管1的底端固定在基巖面12內(nèi)，探測模塊3設(shè)在滑坡體13的后緣穩(wěn)定位置，探測模塊3連接通訊模塊4，通訊模塊4無線連接數(shù)據(jù)接收終端(圖中未示出)，在一實(shí)施例中，多個(gè)空間定位儀2通過線纜6連接電源7，電源7向多個(gè)空間定位儀2供電。

請參考圖2，空間定位儀2的數(shù)量與滑坡體13的位移測量精度正相關(guān)，所述空間定位儀2在螺旋測管1內(nèi)沿軸向方向均勻分布，所述空間定位儀2與相鄰的空間定位儀2間通過線纜6電性連接。

螺旋測管1包括若干連接為一體的管圈11，螺旋測管1的制作材料優(yōu)選為鋼絲增強(qiáng)聚氨酯，螺旋測管1的底端固定在基巖面12內(nèi)0.5m以下，螺旋測管1的上部在滑坡體13的地表，所述螺旋測管1的上端插在銜接軸承8內(nèi)，所述螺旋測管1的裸露部分固定在監(jiān)測墩9內(nèi)，監(jiān)測墩9為監(jiān)測系統(tǒng)提供地表標(biāo)志。

請參考圖3，銜接軸承8包括內(nèi)圈81、外圈82、保持架83和鋼珠84，所述內(nèi)圈81和外圈82之間設(shè)置鋼珠84，所述保持架83固定鋼珠84，所述螺旋測管1固定在內(nèi)圈81內(nèi)，所述螺旋測管1受到軸向拉力時(shí)，所述螺旋測管1通過摩擦力作用帶動(dòng)內(nèi)圈81運(yùn)動(dòng)，所述內(nèi)圈81帶動(dòng)鋼珠84運(yùn)動(dòng)，所述鋼珠84的運(yùn)動(dòng)加速內(nèi)圈81的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)螺旋測管1的轉(zhuǎn)動(dòng)。

通訊模塊4優(yōu)選為gprs無線傳輸設(shè)備，所述通訊模塊4利用gsm移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的短信息和gprs業(yè)務(wù)搭建遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)，將探測模塊3內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)接收終端中，所述數(shù)據(jù)接收終端對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存和管理，所述數(shù)據(jù)接收終端優(yōu)選為pc、手機(jī)或工作站。

初始狀態(tài)下，螺旋測管1的管圈11與相鄰管圈11間并緊，所述滑坡體13發(fā)生位移時(shí)，所述螺旋測管1承受軸向拉力和徑向壓力，管圈11與相鄰管圈11之間的間隙變大而拉伸螺旋測管1的長度，所述銜接軸承8驅(qū)動(dòng)螺旋測管1轉(zhuǎn)動(dòng)，便于螺旋測管1的拉伸，多個(gè)空間定位儀2根據(jù)螺旋測管1的長度的變化位置發(fā)生變化，并輸出波譜特征，所述多個(gè)空間定位儀2將輸出的波譜特征通過超聲波信號發(fā)送給探測模塊3，所述探測模塊3接收多個(gè)空間定位儀2的超聲波信號，并通過分析超聲波信號得到多個(gè)空間定位儀2的空間坐標(biāo)，通過分析多個(gè)空間定位儀2的空間坐標(biāo)得到螺旋測管1的空間序列數(shù)據(jù)，進(jìn)而得到螺旋測管1的變形情況，進(jìn)一步得到滑坡體13的位移情況。

一種滑坡深部大位移自適應(yīng)監(jiān)測方法，包括以下步驟：

(1)對滑坡體13進(jìn)行勘察，并確認(rèn)重點(diǎn)監(jiān)測位置；

(2)從滑坡體13的地表至基巖面12鉆監(jiān)測孔，根據(jù)監(jiān)測孔的深部和測量精度確定螺旋測管1的長度和空間定位儀的數(shù)量；

(3)將多個(gè)空間定位儀2安裝在螺旋測管1內(nèi)，再將螺旋測管1插入監(jiān)測孔內(nèi)，螺旋測管1的底端固定在基巖面12內(nèi)0.5m以下，再將從監(jiān)測孔內(nèi)挖出的巖土體回填至監(jiān)測孔內(nèi)，在螺旋測管1的上端套入銜接軸承8，在銜接軸承8和地表之間建造監(jiān)測墩9；

(4)滑坡發(fā)生時(shí)，螺旋測管1被拉伸，銜接軸承8驅(qū)動(dòng)螺旋測管1轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著螺旋測管1被拉伸，多個(gè)空間定位儀2的位置發(fā)生變化，并輸出波譜特征，多個(gè)空間定位儀2將輸出的波譜特征通過超聲波信號發(fā)送給探測模塊3，探測模塊3接收多個(gè)空間定位儀2的超聲波信號，并通過分析超聲波信號得到多個(gè)空間定位儀2的空間坐標(biāo)，通過分析多個(gè)空間定位儀2的空間坐標(biāo)得到螺旋測管1的空間序列數(shù)據(jù)，進(jìn)而得到螺旋測管1的變形情況，進(jìn)一步得到滑坡體13的位移情況；

(5)探測模塊3通過通訊模塊4將步驟(4)的所有數(shù)據(jù)均傳輸至數(shù)據(jù)接收終端中，數(shù)據(jù)接收終端對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存和管理。

請參考圖4，空間定位儀2與探測模塊4的工作原理：

多個(gè)空間定位儀2以向外發(fā)射超聲波的形式向地表發(fā)射信號且不同空間定位儀2分別具有不同的波譜特征，以pn為例，所述探測模塊4測得其與地下某一空間定位儀的直線距離與水平夾角α、垂直夾角β，以探測模塊4為坐標(biāo)原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，通過相關(guān)空間坐標(biāo)計(jì)算公式可換算得到空間定位儀pn的y坐標(biāo)值、z坐標(biāo)值以及x坐標(biāo)值，同理，可得其他空間定位儀2的空間坐標(biāo)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到螺旋測管1的空間序列數(shù)據(jù)，并通過一定的濾波處理得到螺旋測管1的姿態(tài)特征，當(dāng)滑坡深部位移加大，螺旋測管1被拉伸，由于自身的長度冗余使其不會(huì)被破壞因而能夠繼續(xù)被監(jiān)測。

本發(fā)明利用鋼絲增強(qiáng)聚氨酯螺旋測管提供了一個(gè)可以適應(yīng)滑坡大變形的穩(wěn)定、安全的地下空間，可在與周圍巖土體協(xié)調(diào)變形的同時(shí)保護(hù)內(nèi)部監(jiān)測儀器，提供供電條件，實(shí)現(xiàn)滑坡深部大變形的長時(shí)間、全過程跟蹤監(jiān)測。

本發(fā)明通過地面接收多個(gè)空間定位儀發(fā)射不同的超聲波方式確定螺旋測管空間姿態(tài)，間接獲得滑坡深部巖土體變形空間變化數(shù)據(jù)，突破傳統(tǒng)的滑坡位移監(jiān)測手段的限制；本發(fā)明所涉及材料均為成熟技術(shù)，結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理；本發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)滑坡大位移監(jiān)測，解決了傳統(tǒng)測斜監(jiān)測方法因測斜管的破壞而功虧一簣的問題，監(jiān)測結(jié)果有利于闡明和判定滑坡位移不同階段的發(fā)展趨勢，豐富并驗(yàn)證現(xiàn)有滑坡的預(yù)報(bào)方法。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位詞是以附圖中零部件位于圖中以及零部件相互之間的位置來定義的，只是為了表達(dá)技術(shù)方案的清楚及方便。應(yīng)當(dāng)理解，所述方位詞的使用不應(yīng)限制本申請請求保護(hù)的范圍。

在不沖突的情況下，本文中上述實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互結(jié)合。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。