置于地表浅层的圆弧滑动面滑坡深部变形监测装置与方法与流程

本发明涉及地质灾害监测技术领域，尤其涉及一种置于地表浅层的圆弧滑动面滑坡深部变形监测装置与方法。

背景技术：

滑坡体的变形监测是滑坡地质灾害防治的重要技术手段，通过滑坡体变形监测数据可分析滑坡体的变形历史，预测变形趋势，为滑坡地质灾害的防治与预警预报提供数据支撑。滑坡体是具有一定厚度的地质体，其滑动面深埋于地下，关于滑坡体的变形的监测内容包括地表变形监测与深部变形监测两部分。目前，滑坡体深部变形监测方法主要有钻孔监测方法与平硐监测方法。其中，钻孔监测方法是使用钻机在滑坡体体不同位置钻孔，并在钻孔内安装倾斜仪或其他变形传感器，通过这些传感器监测滑坡体不同钻孔深度位置的变形数据。平硐监测方法是在滑坡体体内开挖平硐，并在平硐不同位置安装变形传感器，通过这些传感器监测滑坡体深部平硐不同位置的变形数据。不论是钻孔监测方法，还是平硐监测方法，均需要进行岩土体钻掘或开挖，成本高，实施时间长。此外，在滑坡体体钻孔或平硐内安装变形传感的数量与位置有限，无法获得滑坡体滑动面较大面积的形态特征和变形规律。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种置于地表浅层的圆弧滑动面滑坡深部变形监测装置与方法，旨在仅通过地表浅层监测即可获取滑坡体深部滑动面形态与变形数据，显著降低圆弧滑动面滑坡深部变形监测成本。

本发明的实施例提供一种置于地表浅层的圆弧滑动面滑坡深部变形监测装置，包括两个监测组件，所述两个监测组件沿滑坡体坡向分布在滑坡体上，所述监测组件包括固定插件、主机以及供电系统；

所述固定插件垂直于所述滑坡体表面以预设深度插入至所述滑坡体内，所述供电系统用于对所述主机供电；

所述主机包括壳体、加速度陀螺仪传感器、数据采集发送模块和天线，所述壳体固定安装于所述固定插件上，所述加速度陀螺仪传感器和数据采集发送模块固定于所述壳体内，所述加速度陀螺仪传感器用于获取所述固定插件的监测数据，所述数据采集发送模块与所述加速度陀螺仪传感器电连接，用于采集所述加速度陀螺仪传感器的所述监测数据，所述天线与所述数据采集发送模块电连接，用以通过无线网络将所述监测数据发送至互联网。

进一步地，所述供电系统包括充电电池和太阳能电池板；

所述充电电池安装于所述壳体内，用于对所述主机供电，所述太阳能电池板转动安装于所述固定插件顶端，与所述充电电池电连接，用以为所述充电电池供电。

进一步地，所述太阳能电池板通过万向杆固定于所述固定插件顶端。

进一步地，所述壳体通过卡箍固定于所述固定插件上端。

进一步地，所述固定插件为钢钎。

进一步地，所述监测数据包括所述固定插件的三维空间运动轨迹与倾角。

进一步地，所述钢钎插入所述滑坡体的所述预设深度不小于2m。

本发明的实施例还提供一种监测方法，使用如上任一所述的置于地表浅层的圆弧滑动面滑坡深部变形监测装置，包括以下步骤：

s1沿滑坡体坡向将两个监测组件的固定插件垂直于滑坡体表面以预设深度插入至所述滑坡体内，获取各个所述监测组件的安装位置；

s2利用所述监测组件分别获取所述固定插件的初始监测数据、滑坡变形后第一次采集的监测数据和第二次采集的监测数据；

s3沿滑坡体坡向绘制滑坡地形剖面图，根据所述固定插件的安装位置与初始监测数据，将位于滑坡体上部的所述固定插件以线段ab的形式绘制在所述滑坡地形剖面图中，根据经过滑坡变形后第一次采集的监测数据，将第一次采集监测数据时的所述固定插件以线段a’b’的形式绘制在所述滑坡地形剖面图中，向上延长线段ab和线段a’b’相交于点m，根据经过滑坡变形后第二次采集的监测数据，将第二次采集监测数据时的所述固定插件以线段a”b”的形式绘制在所述滑坡地形剖面图中，向上延长线段a’b’和线段a”b”相交于点m’；

将位于滑坡体下部的所述固定插件以线段cd的形式绘制在所述滑坡地形剖面图中，根据经过滑坡变形后第一次采集的监测数据，将第一次采集监测数据时的所述固定插件以线段c’d’的形式绘制在所述滑坡地形剖面图中，向上延长线段cd和线段c’d’相交于点n，根据经过滑坡变形后第二次采集的监测数据，将第二次采集监测数据时的所述固定插件以线段c”d”的形式绘制在所述滑坡地形剖面图中，向上延长线段c’d’和线段c”d”相交于点n’，在所述滑坡地形剖面图中用直线段连接点m和点n，用直线段连接点m’和点n’，线段mn和线段m’n’相交于点o，所述点o为所述滑坡体圆弧滑动面的圆心；

s4通过滑坡体现场地表调查，测量滑坡体变形后的后缘位置e”，在所述滑坡地形剖面图中用直线段连接点o与所述滑坡体变形后的后缘位置e”，所述直线段oe”为所述圆弧滑动面的半径；

s5获取滑坡体变形前其中一个所述固定插件的倾角θ、变形后第二次采集监测数据时所述固定插件的倾角θ’，得到第二次采集监测数据时圆弧滑动面的转动角度为∣θ-θ’∣；

s6根据所述圆弧滑动面变形的转动角度和所述圆弧滑动面的半径可计算出所述圆弧滑动面的变形量即弧线段ee”的长度。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：使得工作人员将监测组件安装至滑坡体地表浅层后，可直接在互联网上下载监测数据；根据固定插件变形前和变形后的监测数据，将固定插件的形态绘制在滑坡地形剖面图中，通过几何关系，可获得圆弧滑动面的圆心、半径以及固定插件的转动角度，即可计算出圆弧滑动面的变形量。采用所述监测方法与监测装置开展圆弧滑动面滑坡变形监测，仅通过地表浅层监测即可获取滑坡深部滑动面形态与变形数据，显著降低滑坡深部变形监测成本。所述监测装置现场安装方便，可远程传输监测数据，有利于实施大范围滑坡远程自动化监测。

附图说明

图1是本发明提供的置于地表浅层的圆弧滑动面滑坡深部变形监测装置中监测组件一实施例的结构示意图；

图2是利用图1中监测装置进行监测方法(初始监测数据绘制于滑坡地形剖面图上)的示意图；

图3是利用图1中监测装置进行监测方法(初始监测数据和滑坡变形后第一次采集的监测数据绘制于滑坡地形剖面图上)的示意图；

图4是利用图1中监测装置进行监测方法(滑坡变形后第一次采集和第二次采集的监测数据绘制于滑坡地形剖面图上)的示意图；

图中：1-滑坡体、2-固定插件、3-壳体、4-加速度陀螺仪传感器、5-充电电池、6-数据采集发送模块、7-天线、8-卡箍、9-万向杆、10-太阳能电池板、efgh-滑坡体、gijkle-稳定的岩土体、efg-潜在圆弧滑动面、ab-位于滑坡体上部的监测装置初始位置、a’b’-第1次测量时位于滑坡体上部的监测装置位置、a”b”-第2次测量时位于滑坡体上部的监测装置位置、cd-位于滑坡体下部的监测装置初始位置、c’d’-第1次测量时位于滑坡体下部的监测装置位置、c”d”-第2次测量时位于滑坡体下部的监测装置位置、e’-第1次测量时滑坡体后缘位置、e”-第2次测量时滑坡体后缘位置、e’h’p-第1次测量时滑坡体地表、e”h”p’-第2次测量时滑坡体地表、m-ab与a’b’延长线的交点、n-cd与c’d’延长线的交点、m’-a’b’与a”b”延长线交点、n’-c’d’与c”d”延长线的交点、o-mn与m’n’的交点。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

本发明的实施例提供一种置于地表浅层的圆弧滑动面滑坡深部变形监测装置，包括两个监测组件，所述两个监测组件沿滑坡体1坡向分布在滑坡体1上，请参见图1，所述监测组件包括固定插件2、主机以及供电系统。

所述固定插件2垂直于所述滑坡体1表面以预设深度插入至所述滑坡体1内，本实施例中，所述固定插件2为钢钎，所述钢钎插入所述滑坡体1的所述预设深度不小于2m。

所述主机包括壳体3、加速度陀螺仪传感器4、数据采集发送模块6和天线7。所述壳体3固定安装于所述固定插件2上，本实施例中，所述壳体3通过卡箍8固定于所述固定插件2上端，也可以通过螺纹连接、焊接等其他方式。所述加速度陀螺仪传感器4和数据采集发送模块6固定于所述壳体3内，所述加速度陀螺仪传感器4用于实时获取所述固定插件2的监测数据，所述监测数据包括所述固定插件2的三维空间运动轨迹与倾角，加速度陀螺仪传感器4可测量物体的姿态信息(例如：三维空间运动轨迹与倾角)，为现有技术，不用对其进行改进即可应用至本方案。所述数据采集发送模块6与所述加速度陀螺仪传感器4电连接，用于在预设时间采集所述加速度陀螺仪传感器4的所述监测数据，例如以相同的时间间隔采集监测数据，所述天线7与所述数据采集发送模块6电连接，用以通过无线网络将所述监测数据发送至互联网，数据采集发送模块6和天线7为现有技术，在此不做具体描述。

所述供电系统用于对所述主机供电，可以为电池，本实施例中，所述供电系统包括充电电池5和太阳能电池板10，所述充电电池5为蓄电池，安装于所述壳体3内，用于对所述主机供电，所述太阳能电池板10转动安装于所述固定插件2顶端，与所述充电电池5电连接，用以为所述充电电池5供电，本实施例中，所述太阳能电池板10通过万向杆9固定于所述固定插件2顶端，便于太阳能电池板10方向的调节，使得所述太阳能电池板10朝向有利于太阳照射方向。

本发明的实施例还提供一种监测方法，使用如上所述的置于地表浅层的圆弧滑动面滑坡深部变形监测装置，包括以下步骤：

s1安装监测装置，沿滑坡体1坡向将两个监测组件的固定插件2垂直于滑坡体1表面以预设深度插入至所述滑坡体1内，获取各个所述监测组件的安装位置，可通过定位装置得到监测组件的安装位置，也可通过工程测量方法。

s2获取监测数据，利用所述监测组件分别获取所述固定插件2的初始监测数据、滑坡变形后第一次采集的监测数据和第二次采集的监测数据。

具体地，利用加速度陀螺仪传感器4实时测量固定插件2的三维运动轨迹和倾角，利用数据采集发送模块6通过设置采集时间采集加速度陀螺仪传感器4测量的监测数据，通过天线7无线传输至互联网，根据不同采集时间的监测数据，可判断滑坡体1的滑动情况，在互联网上下载所需采集时间的监测数据，不用在现场获取数据，可简化工作人员的工作量。

s3获取圆弧滑动面圆心位置，请参见图2至图4，沿滑坡体1坡向绘制滑坡地形剖面图，根据所述固定插件2的安装位置与初始监测数据，将位于滑坡体1上部的所述固定插件2以线段ab的形式绘制在所述滑坡地形剖面图中，根据经过滑坡变形后第一次采集的监测数据，将第一次采集监测数据时的所述固定插件2以线段a’b’的形式绘制在所述滑坡地形剖面图中，向上延长线段ab和线段a’b’相交于点m，根据经过滑坡变形后第二次采集的监测数据，将第二次采集监测数据时的所述固定插件2以线段a”b”的形式绘制在所述滑坡地形剖面图中，向上延长线段a’b’和线段a”b”相交于点m’。

请参见图2至图4，将位于滑坡体1下部的所述固定插件2以线段cd的形式绘制在所述滑坡地形剖面图中，根据经过滑坡变形后第一次采集的监测数据，将第一次采集监测数据时的所述固定插件2以线段c’d’的形式绘制在所述滑坡地形剖面图中，向上延长线段cd和线段c’d’相交于点n，根据经过滑坡变形后第二次采集的监测数据，将第二次采集监测数据时的所述固定插件2以线段c”d”的形式绘制在所述滑坡地形剖面图中，向上延长线段c’d’和线段c”d”相交于点n’，在所述滑坡地形剖面图中用直线段连接点m和点n，用直线段连接点m’和点n’，线段mn和线段m’n’相交于点o，所述点o为所述滑坡体1圆弧滑动面的圆心。

需要说明的是，第一次采集的监测数据和第二次采集的监测数据可根据滑坡变形的情况根据需要选取，例如，若想要得到滑坡整个过程的变形量，根据采集的数据，当连续采集到的监测数据无变化时，则可将该时刻认定为滑坡已停止变形，可将其监测数据作为第二次采集的监测数据；将监测期间与初始监测数据明显有差异的监测数据作为第一次采集的监测数据。若想要得到某时刻滑坡的变形量，则将该时刻采集的监测数据作为第二次采集的监测数据，将监测期间与初始监测数据明显有差异的监测数据作为第一次采集的监测数据。

s4获取圆弧滑动面半径，通过滑坡体1现场地表调查，测量滑坡体1变形后的后缘位置e”，在所述滑坡地形剖面图中用直线段连接点o与所述滑坡体1变形后的后缘位置e”，所述直线段oe”为所述圆弧滑动面的半径r。需要说明的是，测量滑坡体1变形后的后缘位置e”可以为变形过程中的某一位置，也可以是变形结束的后缘位置。

s5计算圆弧滑动面转动角度，获取滑坡体1变形前其中一个所述固定插件2的倾角θ、变形后第二次采集监测数据时所述固定插件2的倾角θ’，得到第二次采集监测数据时圆弧滑动面的转动角度为∣θ-θ’∣；

s6计算圆弧滑动面变形量，根据所述圆弧滑动面变形的转动角度和所述圆弧滑动面的半径可计算出所述圆弧滑动面的变形量即弧线段ee”的长度l，l＝2πr·∣θ-θ’∣/360。

需要说明的是，一般地，对于堆积层滑坡体(土石混合体滑坡体或土质滑坡体等)，滑坡体1的滑动面为圆弧形，因此滑坡体1的后缘在变形前后形成的圆弧在滑坡地形剖面图的长度即圆弧滑动面的变形量。

本发明实施例提供的置于地表浅层的圆弧滑动面滑坡深部变形监测装置，通过将两个监测组件安装至潜在滑坡面表面，利用加速度陀螺仪传感器4测量固定插件2的初始监测数据和滑坡体1变形后的监测数据，利用数据采集发送模块6将监测数据发送至互联网，使得工作人员将监测组件安装至潜在滑坡面后，可直接在互联网上下载监测数据；根据固定插件2变形前和变形后的监测数据，将固定插件2的形态绘制在滑坡地形剖面图中，通过几何关系，可获得圆弧滑动面的圆心、半径以及固定插件2的转动角度，即可计算出圆弧滑动面的变形量。采用所述监测方法与监测装置开展滑坡变形监测，仅通过地表浅层监测即可获取滑坡深部滑动面形态与变形数据，显著降低滑坡深部变形监测成本。所述监测装置现场安装方便，可远程传输监测数据，有利于实施大范围滑坡远程自动化监测。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。