本發(fā)明涉及一種智能化邊坡安全監(jiān)測系統(tǒng)，主要應(yīng)用于巖土工程中預(yù)應(yīng)力錨固領(lǐng)域，屬于巖土工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

巖土工程中，高邊坡工程是其中一個重要的分支，尤其是在水利水電等工程中，高邊坡運(yùn)行的安全穩(wěn)定性是關(guān)系到整個工程運(yùn)行的關(guān)鍵，因此高邊坡安全監(jiān)測是高邊坡工程治理中的重要內(nèi)容，也是高邊坡運(yùn)行中安全預(yù)警預(yù)報的重要基礎(chǔ)。

目前在高邊坡安全監(jiān)測工程中，主要采用的監(jiān)測設(shè)備有：多點(diǎn)位移計，用來監(jiān)測高邊坡內(nèi)部關(guān)鍵點(diǎn)的相對位移；測斜管，用來檢測垂直鉆孔中不同深度的各點(diǎn)的相對位移以及變形方向；滲壓計：用來監(jiān)測邊坡內(nèi)部的地下水水位的高低，從而了解地下水的漲落情況。

目前在實際工程中，設(shè)計人員利用上述各種傳感器，按照邊坡破壞模式等基礎(chǔ)信息，進(jìn)行邊坡的測線規(guī)劃，按照邊坡監(jiān)測測線的方式布置監(jiān)測設(shè)備，并且利用這些設(shè)備的監(jiān)測信息的綜合分析，確定邊坡在一定時間節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行安全狀態(tài)，保證邊坡運(yùn)行穩(wěn)定。

目前，這種高邊坡安全監(jiān)測系統(tǒng)的缺點(diǎn)：1、監(jiān)測設(shè)備可靠性較差，如預(yù)應(yīng)力錨索測力計，一直處在外錨頭較大的壓力作用下，隨著時間的推移，錨索測力計不能夠取下來進(jìn)行校準(zhǔn)，因此，錨索測力計隨著錨固時間的增加，其測值可靠度會愈來愈低。2、針對預(yù)應(yīng)力錨索來說，目前常規(guī)的監(jiān)測方法只能夠監(jiān)測外錨頭下的錨索預(yù)應(yīng)力，但是預(yù)應(yīng)力錨索內(nèi)錨頭、以及沿程不同部位的張拉力與空間變位信息，是預(yù)應(yīng)力錨索長期運(yùn)行過程中健康狀況評價的重要信息。常規(guī)的監(jiān)測方法不能夠取得這些重要的預(yù)應(yīng)力錨索長期運(yùn)行健康狀態(tài)參數(shù)。3、目前，常規(guī)的高邊坡監(jiān)測中，都采用多點(diǎn)位移計、測斜管、滲壓計等多種監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行邊坡運(yùn)行狀況的監(jiān)測，如何對這些監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，也是難點(diǎn)。

因此，需要在目前監(jiān)測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨索發(fā)展新技術(shù)，建立一套基于預(yù)應(yīng)力錨索的邊坡監(jiān)測設(shè)備與技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述原因，本發(fā)明的目的是提供一種新型的智能化的邊坡安全監(jiān)測系統(tǒng)。該智能化邊坡安全監(jiān)測系統(tǒng)利用高精度的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，建立能夠附著在巖體內(nèi)預(yù)應(yīng)力錨索上，直接反應(yīng)巖土體內(nèi)部的相對位移以及預(yù)應(yīng)力錨索不同部位的受力狀態(tài)的高精度設(shè)備，對邊坡內(nèi)部進(jìn)行實時監(jiān)測，數(shù)據(jù)的實時交互，保證巖體內(nèi)監(jiān)測信息的精確度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種智能化邊坡安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：它包括：預(yù)埋在邊坡內(nèi)的若干個加固用的預(yù)應(yīng)力錨索；安裝在預(yù)應(yīng)力錨索外錨頭上的高精度衛(wèi)星導(dǎo)航定位接收機(jī)和無線傳輸模塊；附著在預(yù)應(yīng)力錨索鋼絞線不同位置的若干個光纖張拉力傳感器及光纖羅經(jīng)；用于數(shù)據(jù)處理的微機(jī)；所述光纖張拉力傳感器及光纖羅經(jīng)通過光纖將數(shù)據(jù)傳輸給無線傳輸模塊，無線傳輸模塊又將數(shù)據(jù)通過無線傳輸方式傳輸給用于數(shù)據(jù)處理的微機(jī)。

本發(fā)明為基于預(yù)應(yīng)力錨索開發(fā)的適合長期運(yùn)行監(jiān)測的新的監(jiān)測系統(tǒng)。本發(fā)明利用安裝在預(yù)應(yīng)力錨索外錨頭上的高精度衛(wèi)星定位接收機(jī)以及在錨索中沿程布置的光纖張拉傳感器與光纖羅經(jīng)，通過監(jiān)測預(yù)應(yīng)力錨索沿程張拉力變化以及錨索變位，可以推求出邊坡不同位置變形信息。本發(fā)明只利用一套光纖傳感器就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，不需要采用別的數(shù)據(jù)采集設(shè)備；另外，由于光纖傳感器其材料特殊性，不會發(fā)生腐蝕失效，能夠滿足預(yù)應(yīng)力錨索惡劣的工作環(huán)境的要求。由于本發(fā)明在外錨頭處安裝了高精度衛(wèi)星定位接收機(jī)，可以將外錨頭高精度衛(wèi)星定位接收機(jī)的定位信息與內(nèi)部的光纖羅經(jīng)建立聯(lián)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)的互相校核，提高數(shù)據(jù)的可靠性；在邊坡不同預(yù)應(yīng)力錨索上安裝的高精度定位接收機(jī)，可以相互進(jìn)行數(shù)據(jù)校核，提高整個監(jiān)測系統(tǒng)的測量精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明智能化邊坡安全監(jiān)測系統(tǒng)原理圖；

圖2為利用本發(fā)明進(jìn)行邊坡安全監(jiān)測形成的監(jiān)測陣圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1、圖2所示，本發(fā)明提供的智能化邊坡安全監(jiān)測系統(tǒng)包括：預(yù)埋在邊坡內(nèi)的若干個加固用的預(yù)應(yīng)力錨索1；安裝在預(yù)應(yīng)力錨索外錨頭2上的高精度衛(wèi)星導(dǎo)航定位接收機(jī)3，以及無線傳輸模塊4；附著在預(yù)應(yīng)力錨索鋼絞線不同位置的若干個光纖張拉力傳感器及光纖羅經(jīng)5，用于數(shù)據(jù)處理的微機(jī)。

光纖張拉力傳感器及光纖羅經(jīng)5通過光纖將數(shù)據(jù)傳輸給無線傳輸模塊4，無線傳輸模塊4又將數(shù)據(jù)通過無線傳輸方式傳輸給用于數(shù)據(jù)處理的微機(jī)。

本發(fā)明利用目前飛速發(fā)展的我國北斗導(dǎo)航定位技術(shù)(兼容目前常用的美國gps等國際定位導(dǎo)航技術(shù))對安裝在邊坡內(nèi)的每個預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行一對一的跟蹤監(jiān)測，利用安裝在預(yù)應(yīng)力錨索外錨頭上的無線傳輸模塊，將安裝在錨索鋼絞線不同位置的光纖羅經(jīng)采集到的數(shù)據(jù)實時準(zhǔn)確地傳輸給控制端的微機(jī)，對光纖羅經(jīng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行交互與校核，保證內(nèi)部監(jiān)測得到的相對位置變化的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明利用附著在預(yù)應(yīng)力錨索鋼絞線不同位置上的光纖張拉力傳感器能夠計算得到不同點(diǎn)預(yù)應(yīng)力錨索鋼絞線上的張拉力，進(jìn)而可以大致估算預(yù)應(yīng)力錨索的張拉力；并利用光纖羅經(jīng)能夠得到該點(diǎn)預(yù)應(yīng)力錨索的空間變化相對位置的變化，進(jìn)而準(zhǔn)確地反應(yīng)該點(diǎn)巖體的位移相對值。本發(fā)明采用光纖傳感器由于其材料特殊性，光纖不會發(fā)生腐蝕失效，能夠滿足預(yù)應(yīng)力錨索惡劣的工作環(huán)境的要求，且能夠做到長期有效地監(jiān)測。

在實際工程中，技術(shù)人員可以根據(jù)邊坡中失穩(wěn)破壞模式、坡體結(jié)構(gòu)、邊坡巖體工程力學(xué)特征參數(shù)等影響因素，綜合考慮預(yù)應(yīng)力錨索的布置以及預(yù)應(yīng)力錨索上光纖張拉力傳感器和光纖羅經(jīng)的布置。

需要說明的是，為延長光纖張拉力傳感器及光纖羅經(jīng)5的使用壽命，本發(fā)明在光纖張拉力傳感器及光纖羅經(jīng)的外面加裝了一個保護(hù)罩。

本發(fā)明利用高精度的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，以及附著在巖體中用于加固的預(yù)應(yīng)力錨索，直接反應(yīng)巖土體內(nèi)部相對位移、受力狀態(tài)，結(jié)合在巖體邊坡表面的高精度衛(wèi)星定位接收機(jī)以及數(shù)據(jù)交互模塊，進(jìn)行巖體邊坡外觀監(jiān)測與內(nèi)觀監(jiān)測的信息交互，對內(nèi)部監(jiān)測信息的校核與修正，保證巖體內(nèi)觀監(jiān)測信息的精確度和可靠性。

另外，本發(fā)明通過巖質(zhì)邊坡中按照一定的監(jiān)測斷面進(jìn)行監(jiān)測設(shè)備的布置，通過不同監(jiān)測點(diǎn)位的信息交互，可以保證每次采集到的監(jiān)測信息準(zhǔn)確性，進(jìn)而可以形成真實的巖質(zhì)邊坡位移場，并在此基礎(chǔ)上確定邊坡滑動方向，確定邊坡在運(yùn)行過程中的失穩(wěn)模式，并為通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，進(jìn)行邊坡失穩(wěn)的預(yù)警預(yù)判，并制定相關(guān)的應(yīng)急預(yù)案。

本發(fā)明在整個邊坡中，利用不同位置的預(yù)應(yīng)力錨索中附著的相關(guān)傳感器進(jìn)行整個邊坡體系的數(shù)據(jù)交互與校核，得到整個邊坡中不同位置，不同深度在某一時間節(jié)點(diǎn)中的位移場，以及不同深度錨索的張拉力，對整個邊坡在運(yùn)行階段的位移發(fā)展規(guī)律、邊坡可能失穩(wěn)模式以及邊坡失穩(wěn)之后緊急應(yīng)急預(yù)案的制定都有重要的指導(dǎo)作用，為我國重要的邊坡工程的安全運(yùn)行提供重要的技術(shù)支撐。

以上所述是本發(fā)明的較佳實施例及其所運(yùn)用的技術(shù)原理，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，任何基于本發(fā)明技術(shù)方案基礎(chǔ)上的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均屬于本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種智能化邊坡安全監(jiān)測系統(tǒng)，它包括：預(yù)埋在邊坡內(nèi)的若干個加固用的預(yù)應(yīng)力錨索；安裝在預(yù)應(yīng)力錨索外錨頭上的高精度衛(wèi)星導(dǎo)航定位接收機(jī)和無線傳輸模塊；附著在預(yù)應(yīng)力錨索鋼絞線不同位置的若干個光纖張拉力傳感器及光纖羅經(jīng)；用于數(shù)據(jù)處理的微機(jī)。本發(fā)明利用高精度的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，以及高精度監(jiān)測設(shè)備，結(jié)合在巖體邊坡表面的高精度衛(wèi)星定位接收機(jī)以及數(shù)據(jù)交互模塊，對內(nèi)部監(jiān)測信息的校核與修正，保證巖體內(nèi)觀監(jiān)測信息的精確度和可靠性；形成真實的巖質(zhì)邊坡位移場，確定邊坡滑動方向，確定邊坡在運(yùn)行過程中的失穩(wěn)模式，進(jìn)行邊坡失穩(wěn)的預(yù)警預(yù)判，并制定相關(guān)的應(yīng)急預(yù)案，為我國重要的邊坡工程的安全運(yùn)行提供重要的技術(shù)支撐。

技術(shù)研發(fā)人員：趙宇飛;汪小剛;王玉杰;姜龍;林興超;段慶偉;曹瑞瑯;李林昊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國水利水電科學(xué)研究院
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.21
技術(shù)公布日：2017.08.04