巖石斷層剪切滑移大變形監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種巖石斷層剪切滑移大變形監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法，基于磁場定位原理，分別將磁性體和磁傳感探頭分別布置在巖石斷層易滑移的一側(cè)和另一側(cè)內(nèi)，磁性體發(fā)出的磁感應(yīng)強度由磁傳感探頭探測，巖石斷層發(fā)生剪切滑移時，磁性體隨著斷層一同滑移，此時磁傳感探頭動態(tài)探測磁感應(yīng)強度的變化，通過磁感應(yīng)強度變化由遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理中心計算出巖石斷層剪切滑移大變形，對巖石隨著斷層的滑移坍塌進(jìn)行預(yù)警。本發(fā)明提供了一種新的監(jiān)測巖石斷層剪切滑移大變形的方法和監(jiān)測系統(tǒng)，可在雨水、巖體滲流、滾石、泥石流等惡劣環(huán)境下長期服役，所需設(shè)備數(shù)量少，布設(shè)簡便，監(jiān)測準(zhǔn)確。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及巖土工程測量【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種巖石斷層剪切滑移大變形監(jiān)測 系統(tǒng)及監(jiān)測方法。 巖石斷層剪切滑移大變形監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法

【背景技術(shù)】
[0002] 巖體由巖石和斷層組成，巖石斷層作為一個低強度、易變形、透水性大、抗水性差 的軟弱帶，與其兩側(cè)巖體在物理力學(xué)特性上有著顯著的差異。斷層的強度與變形方面，常成 為控制各類巖體工程穩(wěn)定的制約因素，同時也是許多重大地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要邊界條件之 一。對巖石斷層的剪切滑移進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警有著十分重要的意義。
[0003] 傳統(tǒng)的監(jiān)測方法中，大地水準(zhǔn)測量法、GPS觀測網(wǎng)、合成孔徑雷達(dá)干涉測量等可測 量巖體表面的變形，精度可達(dá)毫米級別，其信號無法穿透水、巖石，無法監(jiān)測巖體的內(nèi)部變 形，且易受氣象條件的影響，無法在雨水、巖體滲流、泥石流等環(huán)境下服役。水平聲波剖面法 (HSP)、陸地聲納法、探地雷達(dá)法、紅外探水法、電磁波CT探測方法、高密度電阻率法和高頻 大地電磁法等可以探測巖石斷層的空間分布，甚至達(dá)到圖像化，但其精度不高，在斷層的變 形監(jiān)測方面存在困難。目前，大多采用鉆孔側(cè)斜儀觀測斷層在不同高程處的水平位移或垂 直位移，尚無法直接監(jiān)測斷層沿滑動方向的剪切滑移變形。另一方面，現(xiàn)有的鉆孔測斜儀雖 然能間接地推算出巖石斷層的變形分布，性能和適用范圍基本滿足巖石斷層初期變形的要 求，但布設(shè)繁瑣，在泥石流、巖體滲流、滾石等惡劣環(huán)境下易損壞，轉(zhuǎn)換計算造成累積誤差， 測量范圍小，且?guī)r石斷層剪切滑移變形的中后期階段的大變形尚無法監(jiān)測。
[0004] 針對上述之不足，有必要研究一種可以簡便、精確地監(jiān)測巖石斷層剪切滑移大變 形的監(jiān)測系統(tǒng)和方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于巖石斷層剪切滑移大變形監(jiān)測中亟需解決的問題，本發(fā)明基于磁場定位原 理，提供一種用于巖石斷層剪切滑移大變形監(jiān)測的系統(tǒng)及使用方法，將磁傳感探頭和磁性 體布置在巖石深部，監(jiān)測巖石斷層剪切滑移大變形，對巖石隨著斷層的滑移坍塌進(jìn)行預(yù)警。
[0006] 本發(fā)明的巖石斷層剪切滑移大變形監(jiān)測系統(tǒng)，包括磁性體、磁傳感探頭、磁場采集 主機、RS232無線傳輸模塊和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理中心，所述磁性體置于巖石斷層易滑移一側(cè)的內(nèi) 部，所述磁傳感探頭置于巖石斷層的另一側(cè)的內(nèi)部，所述磁傳感探頭采集磁性體發(fā)射出的 磁感應(yīng)強度值并通過電纜傳輸給所述磁場采集主機，再由RS232無線傳輸模塊遠(yuǎn)程傳送至 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理中心，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理中心將磁感應(yīng)強度值計算成位移。
[0007] 進(jìn)一步，所述磁性體包括釹鐵硼永磁鐵和萬向支架；所述萬向支架包括球體、夕卜 環(huán)、內(nèi)環(huán)和倉體，所述外環(huán)兩端回轉(zhuǎn)支承在球體內(nèi)，內(nèi)環(huán)兩端回轉(zhuǎn)支承外環(huán)內(nèi)，倉體回轉(zhuǎn)支 承在內(nèi)環(huán)內(nèi)，所述球體、外環(huán)和內(nèi)環(huán)同重心，所述外環(huán)、內(nèi)環(huán)和倉體的回轉(zhuǎn)軸線相互水平垂 直；所述釹鐵硼永磁鐵置于倉體內(nèi)，球體滾動時倉體內(nèi)的釹鐵硼永磁鐵保持平動。
[0008] 進(jìn)一步，所述磁傳感探頭由四個呈正方形布置的三軸磁力計組成，所述四個三軸 磁力計的XYZ軸方向相同，其中兩個位于X軸，另外兩個位于Y軸。
[0009] 進(jìn)一步，所述磁性體還包括萬向支架外的依次包圍的隔震橡膠層、環(huán)氧密封層和 混凝土外殼。
[0010] 本發(fā)明還提供了一種巖石斷層剪切滑移大變形監(jiān)測方法，包括如下步驟：
[0011] S1)在巖石斷層的易滑動的一側(cè)巖體鉆孔布置磁性體，在另一側(cè)巖體鉆孔埋設(shè)磁 傳感探頭，測量磁性體與磁傳感探頭中心連線的水平距離AL、高程差A(yù)h，巖石斷層厚度 d ；
[0012] 優(yōu)選的，磁傳感探頭的埋設(shè)深度比磁性體的埋設(shè)深度淺；
[0013] S2)磁傳感探頭探測磁性體發(fā)出的磁感應(yīng)強度，通過傳輸電纜傳輸至數(shù)據(jù)采集模 塊中的磁場數(shù)據(jù)采集主機，再通過內(nèi)嵌在數(shù)據(jù)采集模塊中的RS232無線發(fā)射模塊發(fā)送到遠(yuǎn) 程數(shù)據(jù)處理中心，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理中心計算剪切滑移：
[0014] S2. 1)將磁傳感探頭檢測到的磁性體發(fā)射出的磁感應(yīng)強度計算成磁場梯度，計算 如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種巖石斷層剪切滑移大變形監(jiān)測系統(tǒng)，包括磁性體￠)、磁傳感探頭（7)、磁場采 集主機（11)、RS232無線傳輸模塊（12)和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理中心（14)，其特征在于：所述磁性 體（6)置于巖石斷層（9)易滑移一側(cè)的內(nèi)部，所述磁傳感探頭（7)置于巖石斷層的另一側(cè) 的內(nèi)部，所述磁傳感探頭（7)采集磁性體發(fā)射出的磁感應(yīng)強度值并通過電纜（10)傳輸給所 述磁場采集主機（11)，再由RS232無線傳輸模塊（12)遠(yuǎn)程傳送至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理中心（14)， 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理中心將磁感應(yīng)強度值計算成滑移位移。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖石斷層剪切滑移大變形監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述磁 性體（6)包括釹鐵硼永磁鐵（1)和萬向支架（2);所述萬向支架（2)包括球體（2a)、外環(huán) (2b)、內(nèi)環(huán)（2c)和倉體（2d)，所述外環(huán)（2b)兩端回轉(zhuǎn)支承在球體（2a)內(nèi)，內(nèi)環(huán)（2c)兩端 回轉(zhuǎn)支承在外環(huán)（2b)內(nèi)，倉體（2d)回轉(zhuǎn)支承在內(nèi)環(huán)（2c)內(nèi)，所述球體（2a)、夕卜環(huán)（2b)和 內(nèi)環(huán)（2c)同重心，所述外環(huán)（2b)、內(nèi)環(huán)（2c)和倉體（2d)的回轉(zhuǎn)軸線相互水平垂直；所述 釹鐵硼永磁鐵置于倉體（2d)內(nèi)，所述釹鐵硼永磁鐵（1)和倉體（2d)的重心低于球體（2a) 的重心。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的巖石斷層剪切滑移大變形監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述磁傳 感探頭（7)由四個呈正方形布置的三軸磁力計組成，所述四個三軸磁力計的XYZ軸方向相 同，其中兩個位于X軸，另外兩個位于Y軸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的巖石斷層剪切滑移大變形監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述磁 性體（6)還包括萬向支架外的依次包圍的隔震橡膠層（3)、環(huán)氧密封層（4)和混凝土外殼 (5)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種巖石斷層剪切滑移大變形監(jiān)測方法，其特征在于：包括 如下步驟： 51) 在巖石斷層的易滑動的一側(cè)巖體鉆孔埋設(shè)磁性體，在另一側(cè)巖體鉆孔埋設(shè)磁傳感 探頭，測量磁性體與磁傳感探頭中心連線的水平距離AL、高程差A(yù)h，巖石斷層厚度d; 52) 磁傳感探頭探測磁性體發(fā)出的磁感應(yīng)強度，通過傳輸電纜傳輸至數(shù)據(jù)采集模塊中 的磁場數(shù)據(jù)采集主機，再通過內(nèi)嵌在數(shù)據(jù)采集模塊中的RS232無線發(fā)射模塊發(fā)送到遠(yuǎn)程數(shù) 據(jù)處理中心，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理中心計算剪切滑移： S2. 1)將磁傳感探頭檢測到的磁性體發(fā)射出的磁感應(yīng)強度計算成磁場梯度，計算如 下：

【文檔編號】G08C17/02GK104061852SQ201410328037
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】江勝華, 江文華, 呂高 申請人:江勝華