一种超深孔岩体变形位移高精度监测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种超深孔岩体变形位移高精度监测系统及方法，该系统包括：监测管体，监测管体一端设有开口；设于监测管体外的固定结构，固定结构用于填充监测管体与超深孔的间隙，以固定监测管体；位于监测管体内的监测结构，监测结构包括阵列式位移计和位于监测管体另一端的渗压计，阵列式位移计和渗压计通过密封结构分隔，阵列式位移计弯折设于监测管体内，并且阵列式位移计的所有节点均抵持于监测管体的内壁上；位于监测管体内的调节机构，调节机构用于压载阵列式位移计，以使得阵列式位移计的所有节点均抵持于监测管体的内壁移动。本发明专利技术可以完成对岩体较大变形的监测，并且可以结合气象水文等外部因素，实现对岩体变形位移的高精度监测。移的高精度监测。移的高精度监测。

【技术实现步骤摘要】
一种超深孔岩体变形位移高精度监测系统及方法


[0001]本专利技术属于边坡地质灾害防治领域，尤其涉及岩体变形的监测技术，具体涉及一种超深孔岩体变形位移高精度监测系统及方法。

技术介绍

[0002]现在的基建建设大规模逐渐向地况艰险复杂的山区延伸，在公路、铁路、隧桥、堤坝等工程的建设和运营过程中，边坡灾害防治问题日益突出。为了快速高效地治理边坡灾害，提出有效的边(滑)坡整治方案，亟需开展深部位移、地下水监测等自动化实时监测工作。
[0003]现有对于边坡变形尤其是岩体变形的预警和监控，有“地表位移监测”和“深部位移监测”两种主流技术路线。相较于地表位移监测，深部位移监测可将钻孔深度延伸至滑动面，利用传感器技术测量钻孔的变形和倾斜从而监测滑坡土体内部的变形趋势，在部分数据上更为直观精确。
[0004]其中，影响深部岩体变形的参数有多方面，除地形地貌、地层及岩性、地质构造等固有因素外，还有气象水文等外部因素，需结合多种参数信息才能达到高精度监测的要求，因此尤其需要对地下水位、孔隙水压力或裂隙水压力进行监测。
[0005]但是，对较深的岩层进行位移监测或地下水监测需要钻孔，而对于大型深厚层(变形深度超过400m)来说，钻孔工程量巨大、成本高昂、工序繁琐。现有技术仅针对浅层的地质灾害监测及单孔埋设单种监测设备开展相关研究，尚未针对大型深厚层及单孔埋设多种监测设备的技术开展研究。例如，CN108130896A公开一种超深孔深部位移监测装置及其安装施工方法，包括注浆钢管、SAA设备、辅助装置部分，装置全部安装在钻孔内，钻孔口预留外置电缆，实现监测数据对外发送，首先把SAA设备安装在PVC管内，其次逐节安装注浆钢管、已安装有SAA设备的PVC管、辅助装置并列顺延至孔口，通过孔底注浆钢花管段注浆后形成超深孔深部位移监测装置。虽然可以实现深孔的监测工作，但是，SAA设备直接设置于注浆体中固定，只适用于缓慢的小变形，位移超过10cm就会出现SAA剪断或者数据异常的情况；并且其无法结合气象水文等外部因素，即无法对地下水位、孔隙水压力或裂隙水压力进行监测，从而使得岩体的监测达不到要求。
[0006]因此，如何针对大型复杂深厚地质灾害体研究一钻孔埋设多种监测设备以及精确监测岩体较大变形的装置，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种超深孔岩体变形位移高精度监测系统及方法。通过将阵列式位移计弯折设于监测管体内，可以完成对岩体较大变形的监测，并且通过合理的布置渗压计，可以结合气象水文等外部因素，实现对岩体变形位移的高精度监测。
[0008]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种超深孔岩体变形位移高精度监测系统，
其特征在于，包括：
[0009]监测管体，监测管体用于伸入岩体的超深孔内，监测管体与超深孔孔口对应的一端设有开口；
[0010]设于监测管体外的固定结构，固定结构用于填充监测管体与超深孔的间隙，以固定监测管体；
[0011]位于监测管体内的监测结构，监测结构包括位于监测管体中部的阵列式位移计和位于监测管体另一端的渗压计，阵列式位移计和渗压计通过密封结构分隔，阵列式位移计弯折设于监测管体内，并且阵列式位移计的所有节点均抵持于监测管体的内壁上；
[0012]位于监测管体内的调节机构，调节机构设于阵列式位移计靠近开口的一端，并压载阵列式位移计，以使得阵列式位移计的所有节点均抵持于监测管体的内壁移动。
[0013]其中，固定结构包括灌浆设备和与灌浆设备连接的注浆管，注浆管沿监测管体的轴向设于监测管体的外侧。
[0014]其中，监测管体外套设有止浆塞，止浆塞的外径大于等于超深孔的直径，并且止浆塞与密封结构的位置对应。
[0015]其中，灌浆设备通过注浆管向监测管体和岩体之间填充注浆体，注浆体与岩体同步变形。
[0016]其中，监测管体包括设有开口的第一监测管体和第二监测管体，并且第一监测管体与第二监测管体通过套筒固定密封，套筒位置与密封结构位置对应，第一监测管体内设有阵列式位移计，阵列式位移计呈之字形位于第一监测管体内，第二监测管体内设有渗压计。
[0017]其中，阵列式位移计初始位于监测管体内的每节倾斜角度与监测管体的外径，满足以下公式：
[0018][0019]式中，H为阵列式位移计位于监测管体内的高度，k为预定系数，k∈(1，7.5)，φ为监测管体的外径，d为监测管体的厚度，n为阵列式位移计的节数，α为某一节的阵列式位移计与监测管体轴线的角度。
[0020]其中，系统包括分别与阵列式位移计和渗压计连接的结果输出设备，结果输出设备用于根据阵列式位移计和渗压计的监测结果，得到预定时间内的岩体变形和位移情况。
[0021]其中，根据阵列式位移计和渗压计的监测结果，得到预定时间内的岩体变形和位移情况，具体包括：
[0022]每节阵列式位移计通过监测得到分别在X轴、Y轴、Z轴上的加速度；
[0023]根据每节阵列式位移计分别在X轴、Y轴、Z轴上的加速度，得到每节阵列式位移计在X轴、Y轴、Z轴上的位移量；
[0024]根据每节阵列式位移计在X轴、Y轴、Z轴上的位移量，以及预定时间内每节阵列式位移计监测的总次数，得到预定时间内的岩体变形量；
[0025]根据渗压计的监测结果判断预定时间内的岩体变形量是否符合预定变化趋势；
[0026]其中，根据每节阵列式位移计分别在X轴、Y轴、Z轴上的加速度，得到每节阵列式位
移计在X轴、Y轴、Z轴上的位移量，满足以下公式：
[0027][0028]式中，以阵列式位移计的轴线方向为Z轴，G
xij
为第i节阵列式位移计的第j次监测X轴上的加速度，G
yij
为第i节阵列式位移计的第j次监测Y轴上的加速度，G
zij
为第i节阵列式位移计的第j次监测Z轴上的加速度，X
ij
为第i节阵列式位移计在第j次监测的时间间隔内的X轴位移量，Y
ij
为第i节阵列式位移计在第j次监测的时间间隔内的Y轴位移量，Z
ij
为第i节阵列式位移计在第j次监测的时间间隔内的Z轴位移量；
[0029]预定时间内的岩体变形量，满足以下公式：
[0030][0031]式中，n为阵列式位移计的节数，m为阵列式位移计在预定时间内监测的次数，int()为取整函数，T为预定时间，t为阵列式位移计监测的时间间隔，ΔS为预定时间内的岩体变形量。
[0032]其中，结果输出设备通过第一电缆线与渗压计连接，通过第二电缆线与阵列式位移计连接；
[0033]第一电缆线沿监测管体轴向设于监测管体外，并穿过监测管体远离开口的一端与渗压计连接，第一电缆线套设于聚氯乙烯管内；
[0034]第二电缆线沿监测管体轴向设于监测管体内，并与阵列式位移计靠近开口的一端连接，第二电缆线套设于交联聚乙烯管内。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超深孔岩体变形位移高精度监测系统，其特征在于，包括：监测管体，监测管体用于伸入岩体的超深孔内，监测管体与超深孔孔口对应的一端设有开口；设于监测管体外的固定结构，固定结构用于填充监测管体与超深孔的间隙，以固定监测管体；位于监测管体内的监测结构，监测结构包括位于监测管体中部的阵列式位移计和位于监测管体另一端的渗压计，阵列式位移计和渗压计通过密封结构分隔，阵列式位移计弯折设于监测管体内，并且阵列式位移计的所有节点均抵持于监测管体的内壁上；位于监测管体内的调节机构，调节机构设于阵列式位移计靠近开口的一端，并压载阵列式位移计，以使得阵列式位移计的所有节点均抵持于监测管体的内壁移动。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，固定结构包括灌浆设备和与灌浆设备连接的注浆管，注浆管沿监测管体的轴向设于监测管体的外侧。3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，监测管体外套设有止浆塞，止浆塞的外径大于等于超深孔的直径，并且止浆塞与密封结构的位置对应。4.如权利要求2或3所述的系统，其特征在于，灌浆设备通过注浆管向监测管体和岩体之间填充注浆体，注浆体与岩体同步变形。5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，监测管体包括设有开口的第一监测管体和第二监测管体，并且第一监测管体与第二监测管体通过套筒固定密封，套筒位置与密封结构位置对应，第一监测管体内设有阵列式位移计，阵列式位移计呈之字形位于第一监测管体内，第二监测管体内设有渗压计。6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，阵列式位移计初始位于监测管体内的每节倾斜角度与监测管体的外径，满足以下公式：式中，H为阵列式位移计位于监测管体内的高度，k为预定系数，k∈(1，7.5)，φ为监测管体的外径，d为监测管体的厚度，n为阵列式位移计的节数，α为某一节的阵列式位移计与监测管体轴线的角度。7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，系统包括分别与阵列式位移计和渗压计连接的结果输出设备，结果输出设备用于根据阵列式位移计和渗压计的监测结果，得到预定时间内的岩体变形和位移情况。8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，根据阵列式位移计和渗压计的监测结果，得到预定时间内的岩体变形和位移情况，具体包括：每节阵列式位移计通过监测得到分别在X轴、Y轴、Z轴上的加速度；根据每节阵列式位移计分...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉芳，袁坤，万军利，李健，轩亚飞，周文皎，杨忠民，宋国壮，尹振华，高旭，刘梦佳，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：