一种基于弹性波的浅层滑坡监测系统及其工作方法与流程

本发明属于地质灾害防治与监测预警领域，特别是一种基于弹性波的浅层滑坡监测系统及其工作方法。

背景技术：

滑坡是我国数量最多、危害性最大的地质灾害，造成我国大量的人员伤亡和经济损失，是困扰我们国家的一大难题，因此早期监测预警系统成为了最佳选择之一。近年，地质灾害防治工作与监测预警研究得到了飞速发展，尤其是对滑坡灾害的监测预警方面，若研究出一套针对滑坡的监测系统将具有十分重要的经济价值与社会意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种基于弹性波的浅层滑坡监测系统及其布置应用方法。本发明具有可节省大量人力、物力、监测准确和预警及时的优点。

本发明的技术方案：一种基于弹性波的浅层滑坡监测系统，包括设置深度低于潜在滑面深度的弹性波发射器，弹性波发射器连接一组弹性波接收器，弹性波接收器串联后顺序连接无线数据采集器、数据处理器和报警控制器；所述连接是通过连接线连接；一组弹性波接收器设于滑体表面。

前述的基于弹性波的滑坡监测系统中，所述滑体上设有深度超过潜在滑面深度的钻孔，弹性波发射器设于钻孔底部，钻孔中设有干砂。

前述的基于弹性波的滑坡监测系统中，所述连接线连接上连接有滤波器。

前述的基于弹性波的滑坡监测系统中，所述连接线连接上连接有土壤含水量传感器。

前述的基于弹性波的滑坡监测系统中，所述连接线与锂电池和太阳能电板连接。

一种前述的基于弹性波的浅层滑坡监测系统的工作方法，所述弹性波发射器发射弹性波后弹性波接收器接收弹性波；所述无线数据采集器接收弹性波接收器的传输数据并把传输数据传输给数据处理器；所述数据处理器对无线数据采集器的传输数据处理，计算弹性波的实时波速并根据波速的加速减小对报警控制器发出命令；所述报警控制器根据数据处理器发出的命令进行报警。

本发明的监测原理是：当滑坡产生位移或变形时，引起滑坡土体结构的变化，造成土体的非均质性，使弹性波的传播路径发生改变，导致弹性波波速加速减小，弹性波接收器把加速减小的弹性波波速，通过无线数据采集器传给数据处理器，数据处理器接收到加速减小的波速会向报警控制器发出信号，从而实现滑坡预警。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明具有监测与预警双重作用，能实时监测滑坡的变形状况，可实现全天候、自动化监测预警，相比传统监测方法不仅监测精度高，而且还能节省大量人力物力。

2、本发明配置的滤波器能够消除周围环境产生的噪音或信号，提高了信噪比，使监测系统能适应更多的监测环境，提高监测的精度。

3、本发明配置的土壤含水量传感器能够消除土体含水量变化对弹性波波速的影响，确保监测效果，提高监测准确性。

4、本发明的多个弹性波接收器根据滑坡的具体状况分布在滑体表面能够监测滑坡的多个位置，既能根据各弹性波接收器接收的弹性波波速的不同，进行判别滑坡运动方向，反应灵敏，又能防止滑坡局部发生破坏造成监测误差，达到了多点监测的目的，提高监测准确性。

5、本发明监测时弹性波波速在滑坡临近破坏时，波速急剧减小，报警控制器就会发出预警信号，比别的监测系统能更加及时预警。

综上所述：本发明方法具有监测与预警双重作用，能实时监测滑坡的变形状况，可实现全天候、自动化监测预警，具有可节省大量人力、物力、监测准确和预警及时的优点。

附图说明

图1为本发明的全域结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为弹性波发射装器的安装结构示意图；

图4为弹性波接收装器的连接结构示意图。

附图标记：1-弹性波发射器，2-弹性波接收器，3-滤波器，4-无线数据采集器，5-数据处理器，6-报警控制器，7-土壤含水量传感器，8-锂电池，9-太阳能电板，10-连接线，11-支杆，12-钻孔，13-潜在滑面，14-干砂，15-滑体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例。一种基于弹性波的浅层滑坡监测系统，构成如图1-4所示，包括设置深度低于潜在滑面13深度的弹性波发射器1，弹性波发射器1连接一组弹性波接收器2，弹性波接收器2串联后顺序连接无线数据采集器4、数据处理器5和报警控制器6；所述连接是通过连接线10连接；一组弹性波接收器2设于滑体15表面。弹性波接收器2的可根据具体情况进行适当布置，本发明针对是的浅层滑坡，由于浅层滑坡范围较小，弹性波接收器2的数量可以减少，间距可以减小，一般的浅层滑坡50m就可以。

所述滑体15上设有深度超过潜在滑面13深度的钻孔12，弹性波发射器1设于钻孔12底部，钻孔12中设有干砂14。

所述连接线10连接上连接有滤波器3。滤波器3消除弹性波外的各频率信号。滤波器3是用来消除其他频率的信号，且能接收某一特定频率的信号，提高信噪比，利于弹性波接收器2接收信号。

所述连接线10连接上连接有土壤含水量传感器7。土壤含水量传感器7监测滑坡土体含水率的变化。监测滑坡土体含水率的变化后，可消除土体含水率变化对波速减小的影响。土壤含水量传感器7的传输数据由无线数据采集器4接收并把数据传送给数据处理器5。

所述连接线10与锂电池8和太阳能电板9连接。锂电池8与太阳能电板9能为弹性波发射1、弹性波接收器2、滤波器3、无线数据采集器4、数据处理器5、报警控制器6和土壤含水量传感器7提供电源。

本基于弹性波的滑坡监测系统中，所述弹性波发射器1发射弹性波后弹性波接收器2接收弹性波；所述无线数据采集器4接收弹性波接收器2的传输数据并把传输数据传输给数据处理器5；所述数据处理器5对无线数据采集器4的传输数据处理，计算弹性波的实时波速并根据波速的加速减小对报警控制器6发出命令；所述报警控制器6根据数据处理器5发出的命令进行报警。加速减小，是指即波速下降速度在不断增大，也可以理解为下降的幅度在增大，波速下降超过10%时就可以表明有裂隙的产生，从而进行报警。其中dj型系列电磁激振器可作为弹性波发射器，dz-cdj-d系列地震检波器可作为弹性波接收器，选用tms系列数据处理器。

本基于弹性波的滑坡监测系统的布置应用方法，包括如下步骤：

第一步：勘察地质现场，借助物探手段确定潜在滑面13，并在滑体15上打钻孔12，且钻孔12深度超过潜在滑面13深度；

第二步：将连接锂电池8和太阳能电板9的弹性波发射器1放入钻孔12，弹性波发射器1的放入的深度低于滑面13的深度，用干砂14充填钻孔12；太阳能电板9可通过支杆11固定；

第三步：根据滑坡的具体状况将弹性波接收器2以串联网状的方式固定在滑体13表面，并在弹性波接收器2旁放置滤波器3；将土壤含水量传感器5埋在滑体15的表面；将弹性波接收器2、滤波器3、土壤含水量传感器5、锂电池8和太阳能电板9相连；

第四步：将无线数据采集器4、数据处理器5、报警控制器6安置在滑坡威胁范围外，并与锂电池8和太阳能电板9相连；其中数据处理器5与报警控制器6相连；

第五步：将所有设备打开，调试弹性波发射器1、弹性波接收器2、滤波器3、无线数据采集器4、数据处理器5和土壤含水量传感器7，确认各部件之间数据传输是否正常；即测试弹性波发射器1与弹性波接收器2的信号能否连接，滤波器3能否消除干扰信号，土壤含水量传感器7是否传送数据，无线数据采集器4能否接收与传输数据，数据处理器5能否消除土壤含水量变化的影响，观察一段时间看各设备与数据是否稳定，稳定后进行下一步；

第六步：调试完成后，若滑坡出现失稳，产生位移与裂缝时，弹性波接收器2把接收到的弹性波数据通过无线数据采集器4传输给数据处理器5，数据处理器5计算出实时波速，并与前一次计算的波速进行比较，得出弹性波波速加速减小的结果，数据处理器5会向报警控制器6发出信号，即可进行滑坡预警。