一种沙土二元结构岩溶塌陷监测系统

摘要

本发明涉及一种沙土二元结构岩溶塌陷监测系统，包括数据采集装置、数据处理装置和供电装置；所述数据采集装置的采集端布置在岩溶塌陷监测段内并沿监测段剖面采集监测段的视电阻率数据，其输出端电连接所述数据处理装置并将采集到的数据传输给所述数据处理装置；所述数据处理装置根据采集到的视电阻率数据判断监测段的粘土层处于未遭到破坏、遭到破坏或完全破坏的状态信息，根据状态信息得到岩溶塌陷早期预警；所述供电装置通过供电电路连接所述数据处理装置的电源接口并为所述数据处理提供电能。本发明的有益效果是：能有效解决沙土二元结构岩溶塌陷预警工作，并且结构简单便于安装和维护。

说明书

技术领域

本发明涉及岩溶监测领域，具体涉及一种沙土二元结构岩溶塌陷监测系统。

背景技术

灰岩广泛分布我国西南地区，在岩溶地区开展大型基础建设、冲孔桩、隧道开挖，以及抽取地下水等，常诱发地面塌陷，造成房屋开裂，严重影响人民群众的生命财产安全。岩溶塌陷监测预警较困难，目前还没有相对完善的监测系统，岩溶塌陷已成为我岩溶区较为主要的地质灾害，是急需解决的重大工程地质问题。

以往对岩溶塌陷监测主要通过以下两种方法：(1)将BOTDR和FBG光纤传感技术应用在岩溶塌陷(或沉陷)监测，实时监测光纤的变形过程及所观测到的土层破坏情况，容易受到外界干扰，同时监测仪器设备贵重，维护困难等，很难广泛应用。(2)地下水监测，包含地下水位、水气压力、地下水水质、地下水流速流向等监测，很难做到遇警工作，所得监测异常，常为岩溶塌陷时异常数据。

岩溶塌陷的塌陷机理十分复杂，具有突发性和偶然性，等监测到突变数据，灾害常常已经形成，起不到提前预警。

发明内容

综上所述，为克服现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种沙土二元结构岩溶塌陷监测系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种沙土二元结构岩溶塌陷监测系统，包括数据采集装置、数据处理装置和供电装置；所述数据采集装置的采集端布置在岩溶塌陷监测段内并沿监测段剖面采集监测段的视电阻率数据，其输出端电连接所述数据处理装置并将采集到的数据传输给所述数据处理装置；所述数据处理装置根据采集到的视电阻率数据判断监测段的粘土层处于未遭到破坏、遭到破坏或完全破坏的状态信息，根据状态信息得到岩溶塌陷早期预警；所述供电装置通过供电电路连接所述数据处理装置的电源接口并为所述数据处理提供电能。

本发明的有益效果是：能有效解决沙土二元结构岩溶塌陷预警工作，并且结构简单便于安装和维护。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，所述数据采集装置包括电缆和若干电极；所述电极沿剖面均匀布置在岩溶塌陷监测段内；所述电缆的一端连接所述电极，其另一端延伸出岩溶塌陷监测段并连接所述数据处理装置。

采用上述进一步方案的有益效果是：实现沿剖面采集监测段的视电阻率数据。

进一步，所述电缆为防水电缆。

进一步，所述电极为不极化电极。

进一步，所述数据处理包括外壳、处理器和显示屏；所述处理器处于所述外壳的内部，并且所述数据采集装置的输出端连接所述处理器的数据输入口；所述处理器通过所述数据采集装置不同时间段采集到的视电阻率数据判断监测段粘土层的状态；所述显示屏设置在所述外壳的正面，其电连接所述处理器并显示所述处理器的判断结果；在所述外壳的侧壁上设有分别电连接所述处理器和所述显示屏电源接口。

8.进一步，所述处理器将不同时间段采集到的视电阻率数据进行二维反演处理，得到与各个时间段对应的电阻率成果图，再将各个时间段对应的电阻率成果图进行对比分析以判断监测段粘土层的状态：

若电阻率成果图形成连续的低电阻率层，则判断为粘土层连续未遭到破坏；

若电阻率成果图局部电阻率值升高，则判断为监测段上层沙子进入粘土层形成沙漏，粘土层遭到破坏；

若电阻率成果图电阻率值升高，上下电阻率连续，则判断为粘土层完全破坏，从而得到对地下水有影响的施工，将会诱发岩溶塌陷的早期预警。

采用上述进一步方案的有益效果是：判断监测段粘土层的状态实现岩溶塌陷预警。

进一步，所述供电装置包括支架和太阳能电池板；所述支架竖直固定在监测段周边；所述太阳能电池板和固定在所述支架的顶部，其电能输出口通过供电电路连接所述数据处理装置的电源接口。

采用上述进一步方案的有益效果是：实现系统的供电。

附图说明

图1为本发明的结构图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、电缆，2、电极，3、外壳，4、显示屏，5、支架，6、太阳能电池板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种沙土二元结构岩溶塌陷监测系统，包括数据采集装置、数据处理装置和供电装置。所述数据采集装置采集端布置在岩溶塌陷监测段内并沿监测段剖面采集监测段的视电阻率数据，其输出端电连接所述数据处理装置并将采集到的视电阻率数据传输给所述数据处理装置。所述数据处理装置根据采集到的数据判断监测段的粘土层处于未遭到破坏、遭到破坏或完全破坏的状态信息，根据状态信息得到岩溶塌陷早期预警。所述供电装置通过供电电路连接所述数据处理装置的电源接口并为所述数据处理提供电能。

所述数据采集装置包括电缆1和若干电极2。所述电极2沿剖面均匀布置在岩溶塌陷监测段内。所述电缆1的一端连接所述电极2，其另一端延伸出岩溶塌陷监测段并连接所述数据处理装置。优选的：所述电缆1为防水电缆1，所述电极2为不极化电极2。电缆1与电极2连接处外采用绝缘处理，可以埋于地下。电缆1可以根据需要定制，可以进行线性测量。电极2可延伸60个，甚至更多，可在深5-20米内，剖面长200米的岩溶塌陷监测段范围内进行数据采集。

所述数据处理包括外壳3、处理器和显示屏4。所述处理器处于所述外壳3的内部，并且所述数据采集装置的输出端连接所述处理器的数据输入口。所述处理器通过所述数据采集装置不同时间段采集到的视电阻率数据判断监测段粘土层的状态。所述显示屏4设置在所述外壳3的正面，其电连接所述处理器并向外显示所述处理器的判断结果。在所述外壳3的侧壁上设有分别电连接所述处理器和所述显示屏4电源接口。

所述处理器将不同时间段(根据溶塌陷监测段的实际情况而定)采集到的视电阻率数据进行二维反演处理，得到与各个时间段对应的电阻率成果图，再将各个时间段对应的电阻率成果图进行对比分析以判断监测段粘土层的状态，其依次进行数据预处理、二维反演成果图以及对比分析判断，具体如下：

数据预处理：包括数据文件的建立、剖面数据编辑、数据格式转换、电极距计算、电极距调整系数计算、剔除坏点、地形改正等；

二维反演成果图：采用基于圆滑约束最小二乘法的计算机反演计算程序，并使用基于准牛顿最优化非线性最小二乘新算法对数据预处理的结果进行处理得到不同时间段的电阻成果图。反演计算程序使用的二维模型把地下空间分为许多模型子块，然后确定这些子块的电阻率，使得正演计算出的视电阻率拟断面与实测拟断面相吻合；

对比分析判断：将不同时段的电阻成果图进行surfer成图，若图色谱保持一致，并形成一个连续的低电阻率层即低阻色谱连续，则表示粘土层连续没有遭到破坏。若图色局部电阻率值升高即低阻色谱布局颜色改变，则表示监测段上层沙子进入粘土层形成沙漏，粘土层遭到破坏。若图色电阻率值升高即该段低阻色谱缺失，上下电阻率连续，则表示沙子完全贯穿粘土层，完全形成沙漏通道，粘土层完全破坏，对地下水有影响的施工，将会诱发塌陷，需进行早期岩溶塌陷预警。

所述供电装置包括支架5和太阳能电池板6。所述支架5竖直固定在监测段周边。所述太阳能电池板6和固定在所述支架5的顶部，其电能输出口通过供电电路连接所述数据处理装置的电源接口。通过将太阳能转换成电能并储蓄起来，保证系统长时间的供电。

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。