CN203848823U - 复合式地下深部灾害监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种复合式地下深部灾害监测装置，其包括测管、手动侧斜杆、柔性传感带、大位移测线组、数据采集模块、无线发送模块及供电模块。本实用新型通过柔性传感带和大位移测线组可同时自动测量地下不同深度的双向倾斜角度变化和断裂位移量，实现了多物理量的自动测量；柔性传感带内部的双轴倾角传感器灵敏度好、测量数据准确，当地下某个层位发生突变时，柔性传感带内部的双轴倾角传感器依然可以工作，因此不易失效；当柔性传感带内的某些双轴倾角传感器发生故障后，柔性传感带的安装方式决定了柔性传感带可被方便地取出，从而实现对相应双轴倾角传感器的更换，这一特性同样有利于监测装置的回收再利用，从而大大降低技术人员的劳动强度及监测费用。

Description

复合式地下深部灾害监测装置

技术领域

本发明涉及地下深部灾害监测装置。

背景技术

地质灾害体的安全监测主要是监测灾害体的地表变形及地下深部变形，当灾害体发生变形时，首先是地下部分变形，继而反映到地表，地表以下不同深度的土体(或岩体、土石混合体)的变形能够直接反应灾害体的变形趋势，因此，做好此项监测对灾害的预测、预防大有帮助。

目前，用于测量地下深部变形的仪器主要是手动式测斜仪，其测量方法是利用预先安装于灾害体钻孔内的带有竖直轨道的测斜管，定期将测斜杆沿轨道放入，在不同深度停下来测量倾斜度，进而通过深度积分计算出不同层位的位移量，这种仪器或方法存在的问题主要有以下几点：1、测量周期长、自动化程度低。由于需要有技术员定期到达监测点进行手动操作、记录，不能做到监测数据的密集采集，监测数据需要输入计算机后方可进行比对分析，监测效率较为低下；2、易失效。当灾害体某个层位发生突变后，测管发生挤压变形，测斜杆便不能通过，只能重新打钻孔，造成监测费用增加及监测数据的不连续；3、测量数据误差大。当监测钻孔较深时(一般的钻孔深度在30～50米)，测管会发生旋转变形，测管内的轨道随之扭转，而轨道的扭转会直接导致测斜杆测量的方位发生变化，对测量结果产生直接影响(如：在地表时测斜杆测量的是与灾害体滑向垂直方向，随着深度的增加、扭转角度变大，可能最深点轨道已产生了几十度的扭转角度，造成测量方向误差)。

近年来，也出现了一些能够全自动测量地下深部变形的装置，如拉线式深部位移测量装置、全自动测斜装置。

拉线式深部位移测量装置：将若干根可自由活动的测线从地表引至地下不同深度固定，当灾害体滑带贯通产生块体错动位移后将测线拉长，通过测量地表的拉线长度变化获取灾害体错动变形，这种方法对灾害体前期的倾斜变形不敏感，只能测量边坡滑带贯通后的大位移，通常这个阶段已经十分危险，可能现场人员来不及撤离。

全自动测斜装置：将若干倾角传感器安装于地表以下不同层位，实时测量各传感器的倾斜数据，这种方法存在测量量单一、倾角传感器一旦失效无法更换的缺点。

由上可见，拉线式深部位移测量装置和全自动测斜装置均存在测量量单一的问题，同时，分别还存在灵敏度差和不能更换传感元件的问题。

发明内容

针对现在技术存在的或自动化程度低、易失效、测量数据误差大，或测量量单一、灵敏度差、不能更换传感元件的问题，本发明提供一种全自动、多物理量测量、不易失效、灵敏度好、测量数据准确、传感元件可更换及回收再利用的复合式深部安全监测装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种复合式地下深部灾害监测装置，其包括测管、手动侧斜杆、柔性传感带、大位移测线组、数据采集模块、无线发送模块及供电模块，所述测管竖直安装在深入地下的钻孔内，所述测管内有两条轴向延伸且相互平行的肋板，测管被两条肋板分隔成三个空腔，其中位于中间的空腔为第二空腔、第二空腔的两侧分别为第一空腔和第三空腔，所述第一空腔内的壁面上设有导轨，柔性传感带通过所述导轨放置在第一空腔内，所述柔性传感带内部由竖列布置的若干双轴倾角传感器通过总线并联而成，所述第二空腔内的壁面上设有轨道，用于放置手动侧斜杆，所述大位移测线组包括若干根不同长度的柔性测线，各柔性测线一端分别固定于测管上不同层位深度的锚固装置上，另一端分别可自由抽动地连接于地表的位移传感器上，所述数据采集模块与各传感器电信号连接，所述无线发送模块与数据采集模块电信号连接。

优选地，所述第三空腔的壁面设有与钻孔连通的开口，所述第三空腔内安装有用于测量地下水位的液位传感器。

优选地，所述测管由若干测管段通过若干接头连接而成，所述接头内的肋板设置及接头侧壁上的开口均与测管段相同，所述接头的具有侧壁开口的空腔内设置有智能传感器，设置在测管不同层位深度的接头内的智能传感器相同或不同。

优选地，所述智能传感器包括应变传感器和土体含水率传感器。

为保证柔性传感带能顺利安装到第一空腔内及柔性传感带与第一空腔接触密实，优选地，所述柔性传感带底部连接有重锤。

优选地，所述手动测斜杆为具有一定长度的细长杆，其两端固定有滚轮，内部设置有双轴倾角传感器和电子罗盘。

优选地，所述供电模块包括太阳能电池板、充电管理单元和蓄电池。

优选地，所述测管的外表面设置有用于限制其转动的定位槽。

优选地，所述液位传感器为测量水体压力式或电阻测线式。

优选地，所述柔性传感带带有尺寸标记。

本发明通过柔性传感带和大位移测线组可同时自动测量地下不同深度的双向倾斜角度变化和断裂位移量，实现了多物理量的自动测量；柔性传感带内部的双轴倾角传感器灵敏度好、测量数据准确，当地下某个层位发生突变时，柔性传感带内部的双轴倾角传感器依然可以工作，因此不易失效；当柔性传感带内的某些双轴倾角传感器发生故障后，柔性传感带的安装方式决定了柔性传感带可被方便地取出，从而实现对相应双轴倾角传感器的更换，这一特性同样有利于监测装置的回收再利用，从而大大降低技术人员的劳动强度及监测费用。

进一步地，通过安装液位传感器、应变传感器和土体含水率传感器，本监测装置还可测量地下水位、地应力和土体含水率。

附图说明

图1是本发明实施例所用测管的结构示意图；

图2是图1所示测管的横截面示意图；

图3是本发明实施例所用手动侧斜杆的结构示意图；

图4和图5是本发明实施例的部分安装结构示意图；

图中：00、地表；0、基岩；1、测管段；11、第一空腔；111、导轨；12、第二空腔；121、轨道；13、第三空腔；131、开口；2、接头；3、手动侧斜杆；31、滚轮；32、双轴倾角传感器；33、电子罗盘；4、柔性传感带；5、应变传感器；6、柔性测线；7、位移传感器；8、液位传感器；9、重锤。

具体实施方式

下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

参照图1～5，本实施例的复合式地下深部灾害监测装置由测管、柔性传感带4、手动侧斜杆3、大位移测线组、数据采集模块、无线发送模块、供电模块构成。

测管：由测管段1通过接头2连接而成。

测管段1每节长度为1～3米。测管段1内有两条轴向延伸且相互平行的肋板，两条肋板将测管段1内分隔成三个空腔，其中位于中间的空腔为第二空腔12、第二空腔12的两侧分别为第一空腔11和第三空腔13。第一空腔11内的壁面上设有导轨111，用于放置柔性传感带4；第二空腔12内的壁面上设有轨道121，用于放置手动侧斜杆3；第三空腔13的壁面上设有开口131，测管安装于地下钻孔内后，第三空腔13与钻孔周围岩体连通，第三空腔13内可放置液位传感器8，对地下水位进行测量(液位式传感器8可以是测量水体压力式或电阻测线式)。第三空腔13内并不限于仅安装液位传感器8，可根据实际测量需求安装其它类型的传感器。

接头2内的肋板设置及接头侧壁上的开口均与测管段1相同，接头2两端设有与测管段1连接的螺纹紧固件。接头2分为普通接头和智能传感接头两种形式。普通接头的作用是完成测管段1间的连接，使分节的测管段1连接成符合钻孔长度的测管；智能传感接头内嵌有应变传感器5，在完成普通接头作用外，还可利用侧壁上开口的悬挑结构，通过应变量、材料力学参数及接头受力面积，计算出接头部位所受周围土体的挤压力，即地应力。智能传感接头的具有侧壁开口的空腔内还可设置其它需要的传感器(如土体含水率传感器等)。一套测量装置内可分不同层位安装数个内嵌相同或不同传感器的智能传感接头，完成不同层位的物理量测量。

柔性传感带4：内部由若干竖列布置的双轴倾角传感器通过总线并联而成，根据实际测量需求，双轴倾角传感器的间距可灵活设置。在测管安装于钻孔后，柔性传感带4沿第一空腔11的导轨111放入第一空腔11内，由于内嵌了双轴倾角传感器，故可测量不同深度的双向倾斜角度变化，实现全自动倾斜数据采集。柔性传感带4的安装方式决定了其安装、维护、可复用的突出优势。为保证柔性带4能顺利安装到第一空腔11内及柔性带4与第一空腔11的接触密实，柔性传感带4下部连接有一定重量的重锤9。柔性传感带带4有尺寸标记，用于标识安装时放入地下的柔性传感带的长度。

手动侧斜杆3：具有一定长度的细长杆，两端固定有滚轮31，内部有双轴倾角传感器32及电子罗盘33，电子罗盘33用于方向校正，使数据误差更小，精度更高。手动侧斜杆3的作用主要有两方面：一、在测管安装完成后，首次测量不同深度的初始倾斜角度及不同深度的测管扭转角度，为数据采集提供数据校正参数；二、当不使用柔性传感带时，由技术人员通过定期采用手动侧斜杆手动式测量完成数据采集工作。

大位移测线组：包括若干根不同长度的柔性测线6(如细钢丝)，各柔性测线6一端分别固定于测管上不同层位深度的锚固装置上(锚固装置由安装于测管外的套环及数根钢丝组成，可跟随周围土体产生同步位移)，另一端分别可自由抽动地连接于地表00的位移传感器7上。为保证柔性测线的自由度，在柔性测线外部套有柔性钢套管(如不锈钢软管)。灾害体发生块体断裂错动位移时，柔性测线被拉长，拉长量被传递到地表00的位移传感器7，从而获知断裂位移量，再通过判断哪根柔性测线发生位移来判断断裂位置。

数据采集模块：完成全自动数据采集工作，测管内的各种数据线(或数据总线)与采集模块的对应接口连接。采集模块具有若干节电及数据采集、预处理逻辑算法，能够实现定时数据采集，装置休眠及电能管理功能。

无线发送模块：与采集模块连接，实现数据的无线传输，无线类型可以是现场自建的无线网(如RF、WIFI、ZIGBEE等)，也可以是已有的超远程无线网(如GSM、GPRS、北斗等)。

供电模块：由蓄电池及太阳能电板、充电管理单元组成，实现此装置的电源部分完全独立。

由上可见，本发明具有全自动、多物理量测量、不易失效、灵敏度好、测量数据准确、传感元件可更换及回收再利用的优点，是地下深部灾害监测的较为理想的装置。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (9)

1.一种复合式地下深部灾害监测装置，其特征在于：包括测管、手动侧斜杆、柔性传感带、大位移测线组、数据采集模块、无线发送模块及供电模块，所述测管竖直安装在深入地下的钻孔内，所述测管内有两条轴向延伸且相互平行的肋板，测管被两条肋板分隔成三个空腔，其中位于中间的空腔为第二空腔、第二空腔的两侧分别为第一空腔和第三空腔，所述第一空腔内的壁面上设有导轨，柔性传感带通过所述导轨放置在第一空腔内，所述柔性传感带内部由竖列布置的若干双轴倾角传感器通过总线并联而成，所述第二空腔内的壁面上设有轨道，用于放置手动侧斜杆，所述大位移测线组包括若干根不同长度的柔性测线，各柔性测线一端分别固定于测管上不同层位深度的锚固装置上，另一端分别可自由抽动地连接于地表的位移传感器上，所述数据采集模块与各传感器电信号连接，所述无线发送模块与数据采集模块电信号连接。 

2.根据权利要求1所述的复合式地下深部灾害监测装置，其特征在于：所述第三空腔的壁面设有与钻孔连通的开口，所述第三空腔内安装有用于测量地下水位的液位传感器。 

3.根据权利要求2所述的复合式地下深部灾害监测装置，其特征在于：所述测管由若干测管段通过若干接头连接而成，所述接头内的肋板设置及接头侧壁上的开口均与测管段相同，所述接头的具有侧壁开口的空腔内设置有智能传感器，设置在测管不同层位深度的接头内的智能传感器相同或不同。 

4.根据权利要求3所述的复合式地下深部灾害监测装置，其特征在于：所述智能传感器包括应变传感器和土体含水率传感器。 

5.根据权利要求1所述的复合式地下深部灾害监测装置，其特征在于：所述柔性传感带底部连接有重锤。 

6.根据权利要求1所述的复合式地下深部灾害监测装置，其特征在于：所述手动测斜杆为具有一定长度的细长杆，其两端固定有滚轮，内部设置有双轴倾角传感器和电子罗盘。 

7.根据权利要求1所述的复合式地下深部灾害监测装置，其特征在于：所述供电模块包括太阳能电池板、充电管理单元和蓄电池。 

8.根据权利要求1所述的复合式地下深部灾害监测装置，其特征在于：所述测管的外表面设置有用于限制其转动的定位槽。 

9.根据权利要求2所述的复合式地下深部灾害监测装置，其特征在于：所述液位传感器为测量水体压力式或电阻测线式。