一种基于阵列式位移计的水下滑坡体变形安全监测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于阵列式位移计的水下滑坡体变形安全监测方法，包括以下步骤：在水库蓄水淹没滑坡体前缘前，基于滑坡体蓄水期将被淹没于水下的钻孔和平硐，完成阵列式位移计的竖向与水平向埋设；通过测试单元测量重力加速度在不同的轴向上的数据来反应出对应轴与重力方向的夹角，通过夹角的变化计算得到对应时间段的每节测试单元的长度的位移量；将阵列式位移计的所有测试单元的变形量累加，得到各个测点处监测到的滑带总位移变形值；主站单片机对数据储存

【技术实现步骤摘要】
一种基于阵列式位移计的水下滑坡体变形安全监测方法


[0001]本专利技术涉及岩土工程及滑坡地质灾害智能监测领域中的监测方法，尤其涉及一种基于阵列式位移计的水下滑坡体变形安全监测方法
。

技术介绍

[0002]滑坡在水动力作用下的安全监测风险防控是水利水电建设的一项重要工作内容
。
在滑坡安全监测中，滑坡体前缘浸水后，会导致水下变形体物理力学性质降低，并受到水体浮托力和动水压力的作用，这使得水下滑坡体易先期发生变形破坏，对牵引式机制尤盛
。
然而，在已有的滑坡安全监测项目中，由于监测仪器水下失效及水浪影响下的稳定问题
、
水下信号的传播问题，尚缺少对滑坡体水下变形安全监测的相关技术研究
。
[0003]阵列式位移计是近年来广泛应用于滑坡体变形监测
、
大坝变形监测
、
桥梁基础及公路沉降监测中的一种新型变形监测技术
。
目前国内已有阵列式位移计应用于滑坡
(
如大华滑坡
)
深部变形监测的相关研究，但相关研究中阵列式位移计均用于滑坡水上部分变形体监测
。
对于如何使用阵列式位移计解决滑坡前缘浸水变形体安全监测，尚缺少相关研究
。
同时，在阵列式位移计如何有效应用于滑坡水下监测问题研究中，也发现了需要进一步改进的问题：
[0004](1)
传统的阵列式位移计在监测项目中，布设方式采用满布的形式，即每节阵列式位移计中均配套有相应传感器
。
但滑坡往往只需要针对滑带部分进行重点监测，故采用满布的布设方式无必要性且增加了成本
。
因此，如何通过改进设计实现阵列式位移计对滑带的重点监测，是一个值得关注的问题
。
[0005](2)
因阵列式位移计尚未应用于滑坡水下监测领域，对其在水下钻孔和平硐内的布置方式
、
水下水上信号传输方式等安装方法提出了极高的要求
。
如何通过有效的安装方法保证阵列式位移计在浸水滑坡体前缘内部正常工作，还有较多问题需要研究
。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：针对水下滑坡监测的空缺，本专利技术提供一种基于阵列式位移计的水下滑坡体变形安全监测方法，本专利技术针对滑坡体水下变形安全监测盲区，采用阵列式位移计实现监测对象全覆盖，结合滑坡体前缘钻孔与平硐分别进行竖向和水平向布置，进而对浸水滑坡体滑带进行重点监测，解决了滑坡体滑带重点监测
、
水下安全有效安装的问题
。
[0007]技术方案：本专利技术基于阵列式位移计的水下滑坡体变形安全监测方法包括以下步骤：
[0008](1)
在水库蓄水淹没滑坡体前缘前，在滑坡体前缘钻孔，在钻孔内纵向埋设阵列式位移计，在平硐内水平埋设阵列式位移计；阵列式位移计覆盖折断带与强倾倒变形交界面；阵列式位移计在滑带处内置测试单元；
[0009](2)
对钻孔和平硐回填；
[0010](3)
在水库蓄水淹没滑坡体前缘前，完成水下通讯电缆的埋设；通过测试单元测量
重力加速度在不同的轴向上的数据来反应出对应轴与重力方向的夹角，通过夹角的变化计算得到对应时间段的每节测试单元的长度的位移量；将阵列式位移计的所有测试单元的变形量累加，得到各个测点处监测到的滑带总位移变形值；阵列式位移计将滑带总位移变形值通过
IIC
总线传输至单片机，再通过
CAN
总线连接至主站单片机；
[0011](3)
主站单片机对数据进行储存
、
处理，通过无线网络传至水库工作站，进行数据采集
。
[0012]步骤
(1)
中，阵列式位移计由多段测试单元组成，测试单元内设有加速度传感器，加速度传感器测得对应节点的加速度值，进而计算得到对应轴与重力方向夹角
θ
。
[0013]步骤
(3)
中，每隔时间
t
记录一次测试单元因滑坡体变形与
X、Y、Z
轴产生的夹角
θ
；
[0014]设每段测试单元长度为
L
，则第
i
节单元在重力方向的坐标系中单节对应的位移长度为：
[0015]d
＝
L*sin
θ
＝
0.5sin
θ
。
[0016]步骤
(3)
中，测试单元的总变形位移值
D
i
为第1节到第
n
节的累加和：
[0017]D
i
＝
Σ
L*sin
θ
。
[0018]步骤
(1)
中，在平硐内修砌沟槽，在沟槽内铺设保护管，在保护管内水平埋设阵列式位移计，将阵列式位移计锚固至工作基点，对沟槽进行回填
。
[0019]步骤
(1)
中，钻孔穿过滑坡体的强折断带
。
[0020]步骤
(2)
中，钻孔回填时，采用混凝土浆液回填钻孔与保护管间的空隙，并采用无纺布包裹阵列式位移计与保护管的管节连接处
。
[0021]步骤
(2)
中，平硐内采用水泥对沟槽进行回填，并采用无纺布包裹接头与保护管的管节连接处
。
[0022]测试单元由多个标准节段组成，所述标准节段之间通过柔性环节连接
。
[0023]主站单片机为数据采集器，数据采集器对阵列式位移计采集的数据进行转换
、
数据清洗
、
加密后，通过通讯卡传输至云端
。
[0024]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0025](1)
本专利技术针对滑坡体水下变形安全监测盲区，采用阵列式位移计实现监测对象全覆盖，即滑坡体表面
、
深部
、
水上
、
水下全覆盖，做到多空间尺度测量相结合，为水下滑坡体运动及变形的长期有效安全监测提供了新途径
。
[0026](2)
本专利技术的阵列式位移计采用预埋的安装方式，结合滑坡体前缘钻孔与平硐分别进行竖向和水平向布置，进而对浸水滑坡体滑带进行重点监测，同时降低了安全监测成本
。
采用水下有线电缆与水上无线传输相结合的信号传输方法，解决了水下信号稳定传输的问题，做到了水下滑坡长期性
、
实时性
、
稳定性和高精度监测
。
[0027](3)
阵列式位移计标准节段将
MEMS
传感器胶封于热塑管内，采用钢编网对热塑管进行包裹，各标准节段间采用柔性环节连接
。
当阵列式位移计产生变形被拉伸时，柔性环节为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于阵列式位移计的水下滑坡体变形安全监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)
在水库蓄水淹没滑坡体前缘前，在滑坡体前缘钻孔，在钻孔内纵向埋设阵列式位移计，在平硐内水平埋设阵列式位移计；所述阵列式位移计覆盖折断带与强倾倒变形交界面；所述阵列式位移计在滑带处内置测试单元；
(2)
对钻孔和平硐回填；
(3)
在水库蓄水淹没滑坡体前缘前，完成水下通讯电缆的埋设；通过测试单元测量重力加速度在不同的轴向上的数据来反应出对应轴与重力方向的夹角，通过所述夹角的变化计算得到对应时间段的每节测试单元的长度的位移量；将阵列式位移计的所有测试单元的变形量累加，得到各个测点处监测到的滑带总位移变形值；阵列式位移计将所述滑带总位移变形值通过
IIC
总线传输至单片机，再通过
CAN
总线连接至主站单片机；
(3)
主站单片机对数据进行储存
、
处理，通过无线网络传至水库工作站，进行数据采集
。2.
根据权利要求1所述的基于阵列式位移计的水下滑坡体变形安全监测方法，其特征在于：步骤
(1)
中，所述阵列式位移计由多段测试单元组成，所述测试单元内设有加速度传感器，所述加速度传感器测得对应节点的加速度值，进而计算得到对应轴与重力方向夹角
θ
。3.
根据权利要求1所述的基于阵列式位移计的水下滑坡体变形安全监测方法，其特征在于：步骤
(3)
中，每隔时间
t
记录一次测试单元因滑坡体变形与
X、Y、Z
轴产生的夹角
θ
；设每段测试单元长度为
L
，则第
i
节单元在重力方向的坐标系中单节对应的位移长度为：
d
＝
L*sin
θ
＝
0.5sin...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓韶辉，胡业凡，赵鹏远，徐卫亚，陈世壮，王如宾，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：