确定潜在滑动边坡的主滑动方向和主滑动面的监测装置及确定方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种确定潜在滑动边坡的主滑动方向和主滑动面的监测装置及确定方法。在三维边坡中建立xyz正交坐标系，其中x轴、y轴平行于水平面，z轴沿着垂直于水平面的方向延伸；所述确定潜在滑动边坡的主滑动方向和主滑动面的监测装置包括在所述三维边坡中的三维滑动体内按照平行于x轴的方向设置m列和平行于y轴的方向设置n排测斜管，每排和每列测斜管有多根，其中m，n均为大于1的整数；每根测斜管沿着z轴的方向竖向布置，且测斜管的下端嵌入滑动面以下。本发明专利技术易于实施、效果良好、准确性高、费用低、适用范围广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种确定潜在滑动边坡的主滑动方向和主滑动面的监测装置及确定方法，尤其是可应用于大型滑坡主滑动方向和主滑动面的确定。
技术介绍
边坡滑动是一种常见的自然灾害，每年由于滑坡所带来的经济损失和人员伤亡都相当巨大，因此，主动对潜在滑动的边坡进行加固成为避免和预防边坡滑坡灾害事故发生的一项重要措施。然而，如何对这些加固措施进行有效设计，并确保其能够对边坡形成可靠的加固作用，需要对边坡的潜在滑动信息进行掌握，其中，2个重要信息包括有潜在滑动边坡的主滑动方向和主滑动面。对于前者，确定潜在滑动边坡的主滑动方向可利于加固措施位置和加固方向的布设，对于后者，确定潜在滑动边坡的主滑动面可用于指导加固措施的埋深设计，并可用于预测滑坡体体积以设置防护范围。目前，为了确定潜在滑动边坡的主滑动方向和主滑动面常采用如下几种方法：(1)理论分析，其通过对边坡滑动破坏模式进行假设，然后利用力学和运动学关系来搜索临界滑动面，进而确定潜在滑动边坡的主滑动方向和主滑动面；(2)数值模拟，其通过建立边坡模型，然后选取岩土体合理的力学和变形参数，再通过数值方法求解临界滑动面，进而确定潜在滑动边坡的主滑动方向和主滑动面；(3)现场勘探，其通过在边坡坡体内布置一定数量的地质勘察钻探点位，然后对竖向钻探岩土层进行物理和力学参数实验分析，再根据所获竖向岩土层参数判断抗滑软弱夹层的存在，并以软弱夹层界面为滑动面，从而近似确定潜在滑动边坡的主滑动面。然而，在理论分析和数值模拟方法当中，所得临界滑动面的准确性取决于岩土体抗滑强度参数是否真实反映实际情况，而其所采用的岩土体抗滑强度参数大都为现状原位土经扰动后通过室内试验所获得，同时，现有三维边坡稳定性分析方仍然不够成熟，且模型建立上对实际坡体进行了适当简化；对于现场勘探，其仅能在一定程度上确定潜在滑动边坡的主滑动面，对潜在滑动边坡的主滑动方向不能准确确定，同时，当现场勘探布点少时所得数据代表性差，而布点多时费用较高，且不能完全确定滑动面的位置，并需依靠经验判断。现有滑坡存在大型化和复杂化的特点，尤其是边坡岩土体的非均质性以及边坡可能受到多种破坏因素之间的耦合影响，采用上述3种方法均无法满足实际工程中对潜在滑动边坡进行加固处置的需要。因此，在这种情况下，迫切需求一种能简便快速且科学准确确定大型潜在滑动边坡的主滑动方向与主滑动面的新方法。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种确定潜在滑动边坡的主滑动方向和主滑动面的监测装置及确定方法，该方法最大程度上利用了测斜管的监测数据和边坡滑动规律，可有效快速地确定潜在滑动边坡的主滑动方向及主滑动面，为边坡加固及加固结构的设计提供可靠的信息，且本专利技术易于实施、效果良好、准确性高、费用低、适用范围广。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种确定潜在滑动边坡的主滑动方向及主滑动面的监测装置，在三维边坡中建立xyz正交坐标系，其中x轴、y轴平行于水平面，z轴沿着垂直于水平面的方向延伸；其结构特点是，在所述三维边坡中的三维滑动体内按照平行于x轴的方向设置m列和平行于y轴的方向设置n排测斜管，每排和每列测斜管有多根，其中m，n均为大于1的整数；每根测斜管沿着z轴的方向竖向布置，且测斜管的下端嵌入主滑动面以下。根据本专利技术的实施例，还可以对本专利技术作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：优选地，所述m＝3，n＝3。为了提高测斜管的监测精度和监测数据的可靠性，所述测斜管的下端嵌入滑动面以下的长度不小于测斜管长度的1/4；优选不小于测斜管长度的1/3。基于同一个专利技术构思，本专利技术还提供了一种潜在滑动边坡的主滑动方向和主滑动面确定方法，其包括如下步骤：S1、将上述的确定潜在滑动边坡的主滑动方向及主滑动面的监测装置安装完毕，并进行获取监测数据，测斜管的监测数据由其所表达的滑动面信息得出每排测斜管所在滑动面上的点位；S2、测斜管监测数据用于计算对监测数据进行拟合的二、三次曲线参数，二、三次曲线被采用对每排测斜管所在滑动面上的点位数据进行曲线拟合，且每排点位数据满足曲线拟合的最低要求，进而利用边坡滑动规律及曲线极值性质确定潜在滑动边坡的主滑动方向以及主滑动面上对应的3个点位数据；S3、主滑动面通常近似于圆弧面，假定主滑动面为圆弧面，由已获得的主滑动面上3个点计算出圆弧方程参数，进而确定潜在滑动边坡的主滑动面。测斜仪分别沿测斜管x轴和y轴方向架设，并在深度方向上进行测量，用于获得间隔一段时间段内前后两次测斜管相应位置处的相对位移为Δx和Δy，并令相对合位移为利用测斜管在深度方向上其对应滑动面处点的相对合位移最大的性质，可得第i排第j列测斜管所在三维滑动体上的点为点sij及其坐标为(xi，yj，zij)和对应的相对位移为(Δxij，Δyij)与相对合位移为Δδij，其中i＝1，2，..，n；j＝1，2，..，m；假定任一滑动方向为x′轴，建立另一笛卡尔坐标系x′y′，其中，y′轴与y轴的夹角为ρ，当ρ＝ρ0时，表明x′轴方向代表主滑动方向；将第i排测斜管所在三维滑动体上的点si1、si2和si3(i＝1，2，3)的相对合位移Δδi1、Δδi2和Δδi3沿x′和y′轴分别分解为相对位移Δεi1、Δεi2和Δεi3及相对位移Δηi1、Δηi2和Δηi3；采用Δη关于y的二次曲线对第i排点si1、si2和si3的y轴坐标及相对位移Δη进行曲线拟合，并计算二次曲线参数。利用边坡滑动规律，即三维滑动体上的点位离主滑动面越近，则垂直于主滑动方向的相对位移Δη越小，反之越大，该规律表现为二次曲线取极值，即min(Δη)时的数学性质，由此可确定潜在滑动边坡的主滑动方向，即ρ0的值，并可计算出对应主滑动面上的点位ci(i＝1，2，3)和其y轴坐标yci(i＝1，2，3)；在yz轴平面内，采用z关于y的三次曲线对第i排点si1、si2和si3及主滑动面上点ci的y和z轴坐标进行曲线拟合，并使三次曲线在y＝yci时z取极小值，即min(z)，由此计算出三次曲线参数，进而得到主滑动面上点ci的z轴坐标zci(i＝1，2，3)；主滑动面通常近似于圆弧面，假定主滑动面为圆弧面，由已获得的主滑动面上3个点(点ci，i＝1，2，3)数据计算出圆弧方程参数，进而可确定潜在滑动边坡的主滑动面。二次曲线为简单的一元二次多项式计算结果，存在有3个未知参数，由每列测斜管所在滑动面上的3个监测点位数据计算求得。三次曲线为简单的一元三次多项式计算结果，存在有4个未知参数，由每列测斜管所在滑动面上的3个监测点位数据以及满足在对应主滑动面点位上三次曲线取极小值而计算求得。步骤S3之后，根据所获得的潜在滑动边坡的主滑动方向和主滑动面信息对边坡进行加固设计，其中，在边坡潜在滑动体的上部采用预应力锚索，在边坡潜在滑动体的中、下部采用抗滑桩。为了保证加固措施的有效性，对于预应力锚索，其锚固段嵌入对应主滑动面以下的长度不小于预应力锚索总长的1/4；对于抗滑桩，其布置方向垂直于主滑动方向，且抗滑桩埋置深度在对应主滑动面以下的深度且不小于抗滑桩总长的1/3。本专利技术基于特定布置的测斜管所得位移监测数据而确定潜在滑动边坡的主滑动方向及主滑动面，所述的测斜管在三维滑动体内采用n排×m列布置，同时，边坡的滑动规律被利用，所得的测斜管监测数据用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定潜在滑动边坡的主滑动方向及主滑动面的监测装置，在三维边坡中建立xyz正交坐标系，其中x轴、y轴平行于水平面，z轴沿着垂直于水平面的方向延伸；其特征在于，在所述三维边坡中的三维滑动体内按照平行于x轴的方向设置m列和平行于y轴的方向设置n排测斜管(5)，每排和每列测斜管有多根，其中m，n均为大于1的整数；每根测斜管沿着z轴的方向竖向布置，且测斜管(5)的下端嵌入主滑动面(3)以下。

【技术特征摘要】
1.一种确定潜在滑动边坡的主滑动方向及主滑动面的监测装置，在三维边坡中建立xyz正交坐标系，其中x轴、y轴平行于水平面，z轴沿着垂直于水平面的方向延伸；其特征在于，在所述三维边坡中的三维滑动体内按照平行于x轴的方向设置m列和平行于y轴的方向设置n排测斜管(5)，每排和每列测斜管有多根，其中m，n均为大于1的整数；每根测斜管沿着z轴的方向竖向布置，且测斜管(5)的下端嵌入主滑动面(3)以下。2.根据权利要求1所述的确定潜在滑动边坡的主滑动方向及主滑动面的监测装置，其特征在于，所述m＝3，n＝3。3.根据权利要求1所述的确定潜在滑动边坡的主滑动方向及主滑动面的监测装置，其特征在于，所述测斜管(5)的下端嵌入滑动面以下的长度不小于测斜管长度的1/4。4.根据权利要求1所述的确定潜在滑动边坡的主滑动方向及主滑动面的监测装置，其特征在于，所述测斜管(5)的下端嵌入滑动面以下的长度不小于测斜管长度的1/3。5.一种潜在滑动边坡的主滑动方向和主滑动面确定方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将权利要求1-4之一所述的确定潜在滑动边坡的主滑动方向及主滑动面的监测装置安装完毕，并进行获取监测数据，测斜管的监测数据由其所表达的滑动面信息得出每排测斜管所在滑动面上的点位；S2、测斜管监测数据用于计算对监测数据进行拟合的二、三次曲线参数， 二、三次曲线被采用对每排测斜管所在滑动面上的点位数据进行曲线拟合，且每排点位数据满足曲线拟合的最低要求，进而利用边坡滑动规律及曲线极值性质确定潜在滑动边坡的主滑动方向以及主滑动面上对应的3个点位数据；S3、主滑动面通常近似于圆弧面，假定主滑动面为圆弧面，由已获得的主滑动面上3个点计算出圆弧方程参数，进而确定潜在滑动边坡的主滑动面。6.根据权利要求5所述的潜在滑动边坡的主滑动方向和主滑动面确定方法，其特征在于，测斜仪分别沿测斜管x轴和y轴方向架设，并在深度方向上进行测量，用于获得间隔一段时间段内前后两次测斜管相应位置处的相对位移为Δx和Δy，并令相对合位移为利用测斜管在深度方向上其对应滑动面处点的相对合位移最大的性质，可得第i排第j列测斜管所在三维滑动体上的点为点sij及其坐标为(xi，yj，zij)和对应的相对位移为(Δxij，Δyij)与相对合位移为Δδij，其中i＝1，2，..，n；j＝1，2，..，m；假定任一滑动方向为x′轴，建立另一笛卡尔坐标系x′y′，其中，y′轴与y轴的夹角为...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓东平，李亮，但汉成，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43