高精度导线式全断面边坡稳定监测预警系统及其监测方法

摘要

一种高精度导线式全断面边坡稳定监测预警系统及其监测方法，沿坡面往下布设导线，使导线覆盖边坡的整个断面；沿导线在边坡断面的合适位置安装位移传感器和导线拉力传感器；通过弹簧装置和预紧装置使导线产生的初始拉力，并使之伏贴在边坡断面上；导线上的位移及拉力传感器通过接线或无线装置与数据采集箱相连，数据采集箱连接监控电脑或智能手机。本发明采取位移监控制与应力监控相结合的双控模式，互相验证和校核，监控结果精度高，预警可靠度高；通过在坡顶基点和坡脚基点之间布设及张拉导线，能监控边坡的全断面；连接供电系统及无线网络传输模块实现了全天候在线服务，动态实时传输，自动化分析及预警，具有较好的经济效益和技术价值。

说明书

技术领域

本发明属于基础工程领域，尤其是指一种高精度导线式全断面边坡稳定监测预警系统及其监测方法，用于监控测试边坡的稳定性和实际使用状况。

背景技术

目前，国内外应用于边坡安全监控的技术和方法很多，主要有宏观地质观测法、设站观测法、仪表观测法及远程检测法等。我们通过这些方法，主要获取边坡的变形机理、地质灾害防治和治理效果的反馈，进而预测边坡工程可能发生的破坏，为防灾减灾提供依据。

我国是世界上地质灾害最严重的国家之一，随着我国社会经济的发展，公路建设逐渐由平原向山区发展，由于山区山川纵横，气候多变，自然地质条件复杂，由于自然因素和人为活动(公路建设)的影响，破坏了原有边坡的平衡条件，可能会发生崩塌、滑坡、泥石流、路基沉陷等地质灾害，继而对社会生活和人类经济发展造成较大的影响，因此，山区地质灾害的防治已成为公路建设有待解决的关键技术难题。

对边坡稳定性检测大致经历了几个阶段：宏观地质经验法，即根据人工观测地表的变化特征，地下水的异变，周围动植物的异常等来确定边坡的状况：简易观测法，即在关键裂缝处做标记、树标杆等方法来量取裂缝长度、宽度、深度的变化以及延伸方向；大地测量法，该方法是伴随着高精度的光学及光电仪器的出现而逐渐发展和成熟的；以上方法均需人工操作，因受天气、地形及人为等因素的影响，会产生一定误差，并不能实时反映边坡的稳定状况，预警效果较差。由于监测仪器的快速发展，GPS测量以及近景摄影测量也应用于边坡稳定性监测，随着电子技术及计算机技术的发展声发射方法，时域反射法，光时反射法等也正被应用于边坡坡之中；网络技术的快速发展，边坡的稳定性监测方法又在向自动化、高精度及远程无线监测系统发展。上述仪器监测方法主要为点状分布，单点的仪器费用就很高，整个监测断面需要布设多个的监测仪器，监测预警的造价就更高，一般整个监测断面的费用需要十几万至几十万。因此，寻求一种造价较低、精度较高、可靠性好的边坡实时监测预警方法是当务之急。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种高精度导线式全断面边坡稳定监测预警系统及方法，实现了边坡的稳定性监控的自动化、高精度及远程无线监控系统发展。

一种高精度导线式全断面边坡稳定监测预警系统，所述系统包括数据采集箱、设置在边坡坡顶的坡顶基点固定装置，设置在边坡坡脚的坡脚基点固定装置，坡顶和坡脚之间沿坡面布设导线，导线一端固定在坡顶基点固定装置上，导线另一端通过弹性装置和预紧装置与坡脚基点固定装置连接，弹性装置和预紧装置使导线拉直并伏贴在坡面上；导线上安装有用于测量导线拉力的拉力传感器；拉力传感器通过有线或无线方式与数据采集箱进行数据传输。

优选的，数据采集箱设有太阳能供电装置及蓄电池供电相结合的供电系统、数据采集及无线网络远程传输模块，数据采集箱接收传感器的数据通过无线方式发送到监控电脑或智能手机上。

优选的，所述导线上还设有位移传感器。

优选的，所述导线在坡面转折处通过导轮架在坡面上，导线可在导轮上滑动。

更优选的，所述导线上在导轮之间位置都设有拉力传感器和位移传感器。

优选的，所述弹性装置为弹簧或弹性绳；所述预紧装置包括相适配的螺杆和螺母，螺杆一端与导线固定，另一端穿过坡脚基点固定装置的钢板后与螺母螺纹连接，并通过调节螺母进行预紧。

优选的，所述坡顶基点，坡顶基点为设置在坡顶安全区域内的固定不动点上的锚杆或混凝土小桩或立柱。

优选的，拉力传感器和位移传感器的布置方向与导线是平行的；位移传感器的测杆与安装在导线上的卡扣相连。

优选的，所述监控电脑或智能手机上装有自动分析和评估软件，若位移速率和拉力增量超过控制标准，及时报警，并发送短信到有关管理人员的手机上。

另外，本发明还提供了高精度导线式全断面边坡稳定监测预警系统进行监测预警的方法，包括如下步骤：

1)将高精度导线式全断面边坡稳定监控装置进行安装固定；

2)数据采集箱中的数据采集模块进行实时采集位移传感器和拉力传感器的监测数据，并通过无线网络传输装置将监测数据及时传输给监控中心的监控电脑或智能手机；

3)监控电脑或智能手机上装有自动分析和评估软件，对实时监控数据进行自动分析和评估，若位移速率和拉力增量超过控制标准，及时报警，并发送短信到有关管理人员的手机上。

下面对本发明做进一步阐述：

本发明涉及一种高精度导线式全断面边坡稳定监测预警系统及方法，包括监控装置和具体监控方法，在边坡顶部取了坡顶基点，在坡顶基点处固定了导线上端，沿坡面往下布设导线；在坡脚选取坡脚基点，在该基点处安装了螺杆预紧装置，螺杆上安装有一根弹簧，弹簧连接有拉力传感器，拉力传感器连接有位移传感器，传感器连接到数据采集箱，数据采集箱设有太阳能供电装置及蓄电池供电相结合的供电系统、数据采集模块及无线网络传输模块。本发明采取应变控制与应力控制相结合的双控模式，互相验证和校核，监控结果精度高，预警可靠度高，连接供电系统及无线网络传输模块实现了全天候在线服务，动态实时传输，自动化分析及预警，具有较好的经济效益和技术价值。

所述的高精度导线式全断面边坡稳定监测预警系统及方法，在边坡顶部选取的坡顶基点，坡顶基点为固定不动点。

所述的高精度导线式全断面边坡稳定监测预警系统及方法，沿坡面往下布设导线，在坡面转折处设置了导轮。

所述的高精度导线式全断面边坡稳定监测预警系统及方法，根据各级边坡状况沿导线选取合适间距，在山体坡面上布设了多个位移传感器和拉力传感器，位移传感器和拉力传感器的布置方向与该点位置的导线是平行的，在导线上安装了卡扣，位移传感器的测杆与卡扣相连。

所述的高精度导线式全断面边坡稳定监测预警系统及方法，布设拉力传感器和位移传感器时，传感器通过电缆或无线的方式连接到数据采集箱。

若山体发生位移，则在位移区域坡面上的位移传感器将会与导线产生相对位移，高精度位移传感器会迅速监测到该位移，同时导线被进一步拉紧，弹簧会伸长，导线的拉力会增大，高灵敏拉力传感器会监测到拉力的变化，位移传感器监测到弹簧的伸长量。位移传感器和拉力传感器的实时监测数据，通过无线网络传输模块，及时远程发送工程管理养护部门的计算机上，专用配套软件进行自动分析和评估，若位移速率和拉力增量超过控制标准，及时报警，并发送短信到有关管理人员的手机上。

本发明具有以下的特点和有益效果：

1、沿整个边坡设置的导线，使得监控区域全面，整个边坡可以实现全局完全掌控，毫无遗漏；

2、位移传感器和拉力传感器的协调使用，实现了双重同步监控，而且可以互相验证和校核，杜绝了常规的边坡监控方法造成的误差，提高了预警可靠度，减少边坡的各种灾害引起的各种损失，保障了公众的生命财产安全；

3、整体监控装置和监测方法的设定，做到了监控原理科学合理、简明且，且监测精度高；

4、数据采集箱接有太阳能供电装置及蓄电池供电相结合的供电系统及无线网络传输模块的做法，实现24小时无间断监控，动态实时传输，自动化分析及预警，减少了人力和物力的投入；

5、监测系统安装简单，易操作，且安装部位易施工，相较于其他监控方法的监控装置来说，更易于维护和更换。

6、与现有方法相比，有较大的造价优势，采用无线监控系统，避免了人为活动和自然因素对监控数据的影响；

7、采用的应变控制与应力控制相结合的双控模式，实现了监控过程和结果的双重保险，比常规的边坡监控方法更加精确，可靠性更高。

附图说明

图1本发明结构示意图。

图2弹簧装置及拉力传感器安装示意图。

图3位移传感器安装示意图。

图中：1—坡顶基点固定装置，2—坡脚基点固定装置，3—边坡，4—拉力传感器，5—位移传感器，6—导线，7—导轮，8—锚杆，9—螺杆，10—螺帽，11—弹簧，12—测杆，13—卡口，Ls—稳定安全距离

具体实施步骤

下面结合附图进一步说明本发明的的具体实施步骤：

如图1所示，高精度导线式全断面边坡稳定监测预警系统

本发明是根据边坡的地质、断面、防护形式等情况进行稳定性评价，选取典型监测断面并确定边坡顶部稳定安全距离Ls，在选定断面的坡顶稳定安全距离Ls之外，选取合适位置，设置坡顶基点，坡顶基点为固定不动点。在坡顶基点处安装一个立柱(坡顶基点固定装置1)，在立柱上固定好导线6的上端，再将导线6沿坡面3一直往下铺设，铺设过程中，遇上坡面转折处时，在坡面转折处安装导轮7，导轮7贴近坡面3，整体形态要求与坡面3基本一致。

在边坡坡脚附近选择合适位置，设置坡脚基点，坡脚基点上设置锚杆8(坡脚基点固定装置2，也可以是砼桩)，在坡脚基点处安装好螺杆9，螺杆9与导线6下端方向一致，一端与螺帽10安装在带孔钢板上，带孔钢板安装在坡脚基点固定装置2上，基点可根据地质情况采用锚杆或混凝土小桩。螺杆9的另一端上安装一根弹簧11，弹簧11的另一端连接一高精度拉力传感器4，拉力传感器4的另一端与导线6的下端相连接。螺杆9通过螺帽10在螺杆9上的旋进来预紧或调节导线及弹簧11的拉力。若因长时间受力导线6发生蠕变而产生松弛，可再旋进螺帽10进行二次施加预紧。

根据各级边坡状况沿导线选取合适间距，在山体坡面上布设多个位移传感器5和拉力传感器4，位移传感器5和拉力传感器4的布置方向与该点位置的导线平行，在导线上安装卡扣13，位移传感器5的测杆12与卡扣13相连。

布设位移传感器5和拉力传感器4采用接线或无线的方式，连接到数据采集箱，数据采集箱设有太阳能供电装置及蓄电池供电相结合的供电系统、数据采集模块及无线网络传输模块。

数据采集箱中的数据采集模块进行实时采集数据，并通过无线网络传输装置将位移传感器和拉力传感器的监测数据及时传输给监控中心的监控电脑或智能手机；监控电脑或智能手机上装有专用配套的分析及评估软件，对实时监控数据进行自动分析和评估，若位移速率和拉力增量超过控制标准，及时报警，并发送短信到有关管理人员的手机上。