一种滑坡多级监测预警装置及其应用方法与流程

本发明涉及到地质灾害监测技术领域，尤其涉及一种滑坡多级监测预警装置以及该装置的应用方法。

背景技术：

滑坡是指斜坡上的土体或者岩体，受河流冲刷、地下水活动、雨水浸泡、地震及人工切坡等因素影响，在重力作用下，沿着一定的软弱面或者软弱带，整体地或者分散地顺坡向下滑动的自然现象。世界上许多最容易发生滑坡的地区也是最不发达的地区。大规模的森林砍伐，人口增长以及沿山坡建造的工程设计不良，这些原因形成了滑坡高危地区，尤其是在暴雨期间和地震震中附近地区滑坡风险加剧。

滑坡的触发因素和成因是多种多样的，滑坡监测需要采用多学科的方法，将各种技术应用于不同类别的滑坡，并考虑许多其他标准，例如目的，成本，监测参数，持续时间，可及性等。现有的滑坡监测的各种方法可归类为遥感、卫星技术、摄影测量技术、大地观测技术以及岩土、仪器或物理技术。但是这些监测方法存在成本较高、需要连续供电，需要长距离的电缆或光纤太脆弱等缺陷。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种滑坡多级监测预警装置。

本发明要解决的另一个技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种滑坡多级监测预警装置的应用方法。

为了解决本发明的技术问题，所采取的技术方案为一种滑坡多级监测预警装置，包括包括化学发光传感器、无线数据采集及传输模块、与无线数据采集及传输模块连接的太阳能蓄电池，所述化学发光传感器包括光敏电阻片、第一空心管、套设在第一空心管外部的中空剪力杆、化学物质a、化学物质b和荧光染料，所述光敏电阻片与无线数据采集与传输模块信号相连，所述第一空心管的内腔设置有分隔部，所述分割部处于完整时将第一空心管的腔室分为两个独立的封闭腔室，或者被变形的中空剪力杆破坏后使第一空心管的两个腔室贯通的状态，所述化学物质a和化学物质b分别设置在第一空心管内的两个腔室且两者能够发生化学反应生成导致光敏电阻片的电阻值瞬间变化的过氧酸，所述光敏电阻片和荧光染料分别设置在第一空心管内的两个腔室或者共同设置在同一个腔室。

作为上述滑坡多级监测预警装置进一步的改进：

优选的，所述分隔部为内置在第一空心管内腔的第二空心管；

作为上述化学发光传感器进一步优选的，所述中空剪力杆的内径r0为15～30mm、壁厚b0为1～3mm、长度l0为1000～3000mm；

或者，所述中空剪力杆的内径r0为15～30mm、壁厚b0为1～3mm、长度l0为1000～3000mm，所述第一空心管的内径r1为10～15mm，壁厚b1分为三个刚度等级，分别为4mm、3mm、2mm，长度l1为900～2900mm，在实际组装时，第一空心管的内径r1小于r0-2*b1，长度l1为l0-100mm；

或者，所述中空剪力杆的内径r0为15～30mm、壁厚b0为1～3mm、长度l0为1000～3000mm，所述第一空心管的内径r1为10～15mm，壁厚b1分为三个刚度等级，分别为4mm、3mm、2mm，长度l1为900～2900mm，在实际组装时，第一空心管的内径r1小于r0-2*b1，长度l1为l0-100mm，所述第二空心管的内径r2为4～10mm、壁厚b2为1～2mm、长度l2为850～2850mm，在实际组装时，第二空心管内径r2小于r1-2*b2，长度l2为l1-50mm。

作为上述化学发光传感器进一步优选的，所述第一空心管的材质为亚克力，所述中空剪力杆的材质为金属且远离无线数据采集及传输模块的一端设置为倒锥形，所述第二空心管的材质为玻璃。

优选的，所述化学物质a为体积10～20ml、浓度10～15wt％的双草酸酯的邻苯二甲酸二丁酯溶液，所述化学物质b为体积10～20ml、浓度10～25wt％的过氧化氢溶液，且化学物质a和化学物质b的体积比为1:1，所述荧光染料的质量为0.1～0.2g。

优选的，所述荧光染料为荧光黄、荧光红、荧光绿中的一种。

优选的，所述光敏电阻片的规格为t5516，最大电压为150vdc，最大功耗为90mw，亮电阻为5～10kω，暗电阻为0.2kω。

优选的，在所述中空剪力杆的外部轴向设置有柱形挡板，两个所述柱形挡板沿中空剪力杆轴向呈对称分布。

作为上述柱形挡板进一步优选的，所述柱形挡板的与中空剪力杆周向的切线方向垂直的面为承力面，所述承力面上设置有加强筋。

为了解决本发明的另一个技术问题，所采取的技术方案为一种滑坡多级监测预警装置的应用方法，包括如下步骤：

s1、选定需要监测的坡体，并找出最可能发生滑坡的位置，将化学发光传感器插入坡里且插入深度大于产生滑坡的坡面高度，每个坡体设置的化学发光传感器数量不少于三个，第一空心管的壁厚b1分为三个刚度等级且三种刚度等级的化学发光传感器每种设置至少一个；

s2、将每个化学发光传感器的无线数据采集与传输模块与太阳能蓄电池连接，并启动太阳能蓄电池；

s3、根据无线数据采集与传输模块采集到的电阻变化信号来推测滑坡发生的概率、时间和严重程度。

本发明相比现有技术的有益效果在于：

1)本发明公开了一种滑坡多级监测预警装置，该装置由化学发光传感器、无线数据采集及传输模块、太阳能蓄电池构成，化学发光传感器的两个独立的腔室内分别设置有化学物质a和化学物质b，两个腔室内还设置有光敏电阻和荧光染料，当两个腔室在外力作用下贯通时，化学物质a和化学物质b混合发生反应生成过氧酸，过氧酸分解释放出激发荧光染料的能量，荧光染料通过释放光子而松弛，导致光敏电阻的电阻值瞬间发生较大的变化，电阻变化的数据被无线数据采集与传输模块收集到，当电阻值变化超过设定的电阻阈值时，发出预警信号。

2)本发明中第一空心管的亚克力管壁厚设置为不同的刚度等级，可以监测预警不同严重程度和发生概率的滑坡；设置在第一空心管内的光敏电阻片具有较大的电阻值变化区间，能够灵敏地感应锚杆因变形而触发的化学发光反应情况，再通过无线数据采集与传输模块，实现对土体滑坡过程的实时监测和预警；中空剪力杆上设置的柱形挡板可增加外力对化学发光传感器作用的受力面积，使得化学发光传感器随着土坡的移动而变形或折断；该装置制作简便、制作成本低，不需要长距离的线缆或光纤，而且可以大量覆盖滑坡体进行无线持续监测，从而更有效的进行滑坡预警。

3)本发明还公开了利用该装置对滑坡多级监测预警的应用方法，通过采集不同刚度等级的化学发光传感器的信号对滑坡发生的概率、时间和严重程度进行预警和监测，具有安装方便、反应灵敏、监测准确度高、能耗低、环境适应性强的特点，能够实时进行监测，从而可以在最短的时间内发现并采取有效的防治措施，最大限度的避免财产的损失和人员的伤亡。

附图说明

图1为本发明滑坡多级监测预警装置中化学发光传感器横截面示意图；

图2为本发明滑坡多级监测预警装置中化学发光传感器剖面示意图；

图3为本发明滑坡多级监测预警装置的在坡面的布置示意图；

附图中标记的含义如下：

1、化学发光传感器；2、无线数据采集和传输模块；3、太阳能蓄电池；11、光敏电阻片；12、第一空心管；13、中空剪力杆；14、第二空心管；15、柱形挡板；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

图1和图2分别为化学发光传感器1的横截面示意图和剖面示意图。化学发光传感器1结构上包括光敏电阻片11、第一空心管12、中空剪力杆13、第二空心管14、柱形挡板15，所述光敏电阻片11与无线数据采集与传输模块2信号相连，所述第一空心管12的内腔被套设在其内部的第二空心管14分隔成两个封闭的腔室，两个腔室内分别填充有化学物质a和化学物质b，所述化学物质a和化学物质b能够反应生成过氧酸，光敏电阻片11均匀设置在第一空心管12内腔的上、中、下位置，荧光染料与光敏电阻片11分别设置在两个腔室或者共同设置在同一个腔室。所述中空剪力杆13套设在第一空心管12的外部，沿所述中空剪力杆13的轴向设置有柱形挡板15，所述两个柱形挡板15在中空剪力杆13的轴向呈对称分布；所述柱形挡板15中与中空剪力杆13周向的切线方向垂直的面为承力面，该承力面上设置有加强筋。

所述第一空心管12的内径r1为10～15mm，壁厚b1分为三个刚度等级，分别为4mm、3mm、2mm，长度l1为900～2900mm；所述中空剪力杆13的内径r0为15～30mm、壁厚b0为1～3mm、长度l0为1000～3000mm，在实际组装时，第一空心管12的内径r1小于r0-2*b1，长度l1为l0-100mm。所述第二空心管14的内径r2为4～10mm、壁厚b2为1～2mm、长度l2为850～2850mm，在实际组装时，第二空心管内径r2小于r1-2*b2，长度l2为l1-50mm。

所述化学物质a为体积10～20ml、浓度10～15wt％双草酸酯的邻苯二甲酸二丁酯溶液、化学物质b为体积10～20ml、浓度为10～25wt％的过氧化氢溶液，且化学物质a和b的体积比为1:1，荧光染料的质量为0.1～0.2g；所述荧光染料为荧光黄、荧光红、荧光绿中的一种；所述光敏电阻片11的规格为t5516，最大电压为150vdc、最大功耗为90mw、亮电阻为5～10kω、暗电阻为0.2kω。

该滑坡多级监测预警装置的制备方法参考如下：

选用一端密封的透明玻璃管作为第二空心管14，在管内加入化学物质a、荧光染料并设置光敏电阻11后，开口端用橡胶塞和热熔胶密封，并用热缩管套设在第二空心管14上覆盖管体与橡胶塞；

选用两端开口的透明亚克力管作为第一空心管12，一端用橡胶塞和热熔胶密封并粘贴牢固，在第一空心管12内加入化学物质b，再将上述制作完成的第二空心管14放入，用橡胶塞将开口端密封，最后用热缩管将第一空心管12两端包覆，使橡胶塞与第一空心管12形成一个整体，以防内部溶液泄露提前发生反应；

选用一端为封闭倒锥形的金属中空管作为中空剪力杆13，将上述制作完成的第一空心管12放入中空剪力杆13的内腔中，封闭中空剪力杆13的管口；沿所述中空剪力杆13的轴向设置柱形挡板15，两个所述柱形挡板15沿中空剪力杆13轴向呈对称分布，柱形挡板15的与中空剪力杆13周向的切线方向垂直的面为承力面，在承力面上设置有加强筋；然后将无线数据采集与传输模块2固定在中空剪力杆13上远离倒锥形的一侧，将无线数据采集与传输模块2与太阳能蓄电池3连接，即完成滑坡多级监测预警装置的制作。

实施例2

下面结合附图对本发明滑坡多级监测预警装置的作用过程进行描述：

该滑坡多级监测预警装置安装在坡面处于监测预警状态时，化学物质a和化学物质b在化学发光传感器1中处于隔离状态。当滑坡发生时，外界力冲击化学发光传感器1，柱形挡板15增加了外界力对化学发光传感器的作用面积，材质为玻璃的第二空心管14破裂，使得化学物质b与化学物质a混合，产生化学反应，生成两分子苯酚和一分子过氧酸酯(1,2-二氧杂环丁酮)，而过氧酸会自发分解为二氧化碳，释放出能激发荧光染料的能量，然后荧光染料通过释放光子而松弛，光子的波长即发射光的颜色取决于所用的荧光染料的颜色。光子的释放导致光敏电阻11的电阻值瞬间发生较大的变化，电阻数据的变化被无线数据采集与传输模块2收集到，当无线数据采集与传输模块2收集到电阻变化超过设定的电阻阈值时，则发出预警信号。

实施例3

下面结合附图3对本装置的应用方法进行描述：

(1)、选定需要监测的坡体，并找出最可能发生滑坡的位置，将装有化学发光传感器1插入坡里，且插入深度大于滑坡产生的坡面，每个坡体根据具体要求可设置不少于三个化学发光传感器1，且三种刚度等级的化学发光传感器(1)每种设置至少一个，多个化学发光传感器1之间串联或者并联设置；

(2)、将每个化学发光传感器1的无线数据采集与传输模块2连接太阳能蓄电池3，并启动太阳能蓄电池3；

(3)、当所有的化学发光传感器1对应的无线数据采集与传输模块2采集到信号幅值保持不变，表示土体稳定，土坡没有滑动或者仅仅发生了微小滑动，说明此时不会发生滑坡或者发生滑坡的可能性非常小；

当刚度较小(第一空心管的壁厚为2mm)的化学发光传感器1对应的无线数据采集与传输模块2采集到电阻变化信号并超过标定阈值时，表示土体发生了较小级别(相对位移小于10cm)的滑坡；

当刚度中等(第一空心管的壁厚为3mm)的化学发光传感器1对应的无线数据采集与传输模块2采集到电阻变化信号并超过标定阈值时，表示土体发生了中等级别(相对位移小于20cm)的滑坡；

当刚度最大(第一空心管的壁厚为4mm)的化学发光传感器1对应的无线数据采集与传输模块2采集到电阻变化信号并超过标定阈值时，表示土体发生了较大级别(相对位移大于50cm)的滑坡；

所述标定阈值为化学发光传感器1的第一空心管未破裂、化学物质a和b未发生反应时，无线数据采集与传输模块2采集到的最大电阻值。

本领域的技术人员应理解，以上所述仅为本发明的若干个具体实施方式，而不是全部实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，还可以做出许多变形和改进，所有未超出权利要求所述的变形或改进均应视为本发明的保护范围。