專利名稱：一種滑坡體三維位移監(jiān)測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及地質災害的監(jiān)測一種監(jiān)測方法，尤其是一種滑坡體三維位移監(jiān)測方法。
背景技術：
滑坡體三維位移自動監(jiān)測系統(tǒng)的研究屬于《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要 (2006-2020年)》地質環(huán)境與地質災害領域地質災害監(jiān)測預報理論與技術方法優(yōu)先主題。目前我國地質災害監(jiān)測預報方法為地表變形監(jiān)測和深部水平位移監(jiān)測居多。地 表變形監(jiān)測要滯后于深部水平位移監(jiān)測，也就是說只是依靠地表變形監(jiān)測所測數(shù)據(jù)，其預 測預報要滯后于深部水平位移的預測預報?，F(xiàn)有我國監(jiān)測深部位移方位主要是鉆孔測斜 儀的監(jiān)測方法，如中國發(fā)明專利ZL89107850. 9號公開的一種高精度鉆孔測斜儀，是一種用 于地質、礦山、建筑、勘察等行業(yè)測量鉆孔傾斜度的儀器。由監(jiān)示器、控制器、絞車、滑輪、探 頭及讀數(shù)板組成。電子靶面掃描電路通過放大，由視頻電纜輸送到監(jiān)示器上，即將孔下反映 孔斜頂角的氣泡圈數(shù)和反映孔斜方位角的指南針通過光-電-光轉換，準確地顯示到地面 的監(jiān)示器屏幕上，從而可直接讀出頂角和方位角的數(shù)值，極大地提高了測斜精度(頂角誤 差士 10秒)，操作簡便，具有一定的優(yōu)點。然而，由于這種測斜方法的測斜管在地下受壓變 形，測量儀器不能下到測點，不能測量深部滑體滑移全過程。又由于滑坡主滑向判別是人為 指出，不能判斷滑體深部真正的滑動方向，且不能監(jiān)測滑體深部垂直沉降位移，因而這種傾 斜儀監(jiān)測方法不能達到深部三維位移監(jiān)測的目的。目前水電大壩和三峽庫區(qū)由于測斜管變 形，有成百上千的監(jiān)測孔不能工作而作廢，造成了大量人力和物力的損失。我國用鉆孔傾斜 儀管的地方大多仍是人工定時采集為主，未能實現(xiàn)實時自動監(jiān)測和動態(tài)監(jiān)測，這樣滑體滑 動數(shù)據(jù)采集不及時，不齊全，漏采較多。在實現(xiàn)滑坡深部位移監(jiān)測方法方面，國內外主要采 用鉆孔傾斜法，即在鉆孔中采用埋設測斜管用傾斜儀來監(jiān)測深部滑坡體的滑動部位，監(jiān)測 滑坡體滑動的水平位移、滑速和間竭性滑動情況，深部相對位移變形是地表位移變形的先 行，兩者是密切相關的，對深部相對位移變形的監(jiān)測可提前預測滑坡的穩(wěn)定性。鉆孔傾斜儀 主要生產廠家有中國水電科學院和航天部三十三所合作研制的CX系列鉆孔測斜儀，北方 儀器廠BF5515型滑動式測斜儀，南瑞大壩工程監(jiān)測公司NCX-IP型固定測斜儀和NCX-IH(V) 型多路傳輸固定測斜儀。這些產品以美國新科(SINCO)公司生產的50302510型鉆孔測斜儀 (有活動式和固定性)，加拿大洛克康司特(R0CLEST)有限公司RT-20型測斜儀等為主產品 在中國有較好的市場。國內外目前生產的產品均不具有監(jiān)測滑體三維位移的性能，目前日 本和歐美等國也在采用固定式鉆孔傾斜儀進行滑坡，深部位移變形自動化監(jiān)測，但未見對 滑坡深部滑體三維位移的監(jiān)測。若能對滑坡深部滑體三維位移數(shù)據(jù)變化值進行準確監(jiān)測并 實時采集，預測預報其災害的發(fā)生和對滑坡體防治工程的監(jiān)測，都有十分重要的現(xiàn)實意義。 因此，急需提供一種滑坡體三維位移監(jiān)測方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種滑坡體三維位移監(jiān)測方法。
本發(fā)明的一種滑坡體三維位移監(jiān)測方法，其特征是按照以下步驟進行a、用現(xiàn)有技術鉆孔至基巖，孔徑Φ75πιπι，采用具有較高抗剪強度又有較好彈性和 韌性的金屬管，埋設在鉆孔內，周圍用水泥固結；b、將滑坡體三維位移監(jiān)測儀的短節(jié)探頭串接后下入埋設的金屬管內，每0.5m — 個測點進行測量比較，在相應滑帶位置尋找三維位移突變點，經過一定時期監(jiān)測具不穩(wěn)定 的滑體位置三維位移突變點顯露后，取出短節(jié)探頭，再將滑坡體三維位移監(jiān)測儀探頭和封 裝好的三維加速度位移探頭定向串行，下入安置于金屬管內相應滑體不穩(wěn)定的突變點位置 并固定好，進行固定式滑坡體三維位移監(jiān)測；C、金屬管變形后的三維位移等數(shù)據(jù)變化值，通過小型電臺式無線上網GPRS透明 通訊方式的數(shù)據(jù)遠傳，將數(shù)據(jù)傳送到地面安裝的滑坡體三維位移自動監(jiān)測儀進行實時采集。在本發(fā)明方法的步驟a中，所述的鉆孔為采用常規(guī)鉆進工藝得到的鉆孔，一般情 況下，鉆孔的終孔部位穿過崩塌滑坡部位的滑帶并進入完整基巖，為了便于其后的數(shù)據(jù)處 理，通?？摄@為垂直孔，但在必要時也可以鉆為斜孔。所述金屬管可以為現(xiàn)有深部位移監(jiān) 測普遍采用的鋼管或地質套管等。所述水泥固結的目的是讓金屬管與鉆孔周圍的圍巖相 偶合。在水泥砂漿凝結后，就可以通過該水泥將鉆孔周圍圍巖的受力傳遞給金屬管內的監(jiān) 測儀器。所述水泥固結的水灰比要據(jù)圍巖的巖土體性質試驗確定比例，才能更精確的與鉆 孔周圍的圍巖相偶合，進而保障鉆孔周圍圍巖的受力也更精確的傳遞給金屬管內的監(jiān)測儀 器。在本發(fā)明方法的步驟b中，所述的滑坡體三維位移自動監(jiān)測儀的短節(jié)探頭即是現(xiàn)有的 前段三維加速度位移探頭。所述將滑坡體三維位移自動監(jiān)測儀探頭和封裝好的三維加速度 位移探頭定向串行即是指將現(xiàn)有的前段三維加速度位移探頭傳感器以及存儲器后制作的 多探頭改進型滑坡體三維位移自動監(jiān)測儀。其可以采用現(xiàn)有市售產品進行改裝，也可以采 用自發(fā)研制產品，如本申請人200820223589. 1號實用新型專利申請的滑坡體三維位移自 動監(jiān)測儀專利等等。在本發(fā)明方法的步驟b中，所述經過一定時期監(jiān)測具不穩(wěn)定的滑體位置三維位移 突變點顯露后，取出短節(jié)探頭，再將滑坡體三維位移監(jiān)測儀探頭和封裝好的三維加速度位 移探頭定向串行，下入安置于金屬管內相應滑體不穩(wěn)定的突變點位置并固定好，進行固定 式滑坡體三維位移監(jiān)測。即可以準確地在需要監(jiān)測的位置(滑體位移突變點)進行監(jiān)測， 而不需要浪費大量高價值設備進行普遍性監(jiān)測，短節(jié)探頭的作用在于發(fā)現(xiàn)整個鉆孔內的某 處滑體位移突變點，而滑坡體三維位移監(jiān)測儀探頭和封裝好的三維加速度位移探頭是在發(fā) 現(xiàn)的滑體位移突變點上進行長期而精確的監(jiān)測。這樣一來，本發(fā)明的方法就可以大幅度節(jié) 約地質勘測和地質災害預報中所使用的高價值測量設備，并且能更加精確快速的獲取最有 價值的信息。在本發(fā)明方法的步驟C中，所述的金屬管變形后的三維位移等數(shù)據(jù)變化值，通過 小型電臺式無線上網GPRS透明通訊方式的數(shù)據(jù)遠傳，將數(shù)據(jù)傳送到地面安裝的滑坡體三 維位移自動監(jiān)測儀進行實時采集。即是指滑坡體三維位移自動監(jiān)測儀將所得到的金屬管變 形后的三維位移等模擬信號轉換為數(shù)據(jù)電信號后不僅僅存儲在自身的存儲器中，還通過現(xiàn) 有無線數(shù)據(jù)傳輸方式傳送給地面的計算機進行分析處理。該方案位移數(shù)據(jù)是通過測量變形 后金屬管的各點三維變形部位位移值而得之。通過無線數(shù)據(jù)傳輸，可以大量節(jié)約人力物力，能最快獲取監(jiān)測信息，并且在災害發(fā)生時可以獲得“第一手資料”，當然也相應保護了監(jiān)測人員的生命安全。本發(fā)明方法的研究水平與當前國內外先進水平的比較有如下特點(1)能同時實時自動監(jiān)測滑坡深部滑體滑動三維位移變化，確定滑坡體深部三維 位移(即二維水平滑動、垂直沉降)和滑坡滑動強度規(guī)模，是預測預報滑坡災害的重要參 數(shù)，而國內外同類監(jiān)測方法和儀器均沒有這兩項監(jiān)測。(2)能在實時自動監(jiān)測的同時將滑坡滑移時間、部位、三維位移(即二維水平滑 動、垂直沉降)距離等動態(tài)數(shù)據(jù)存在一個存儲器內，此存儲器可伴隨到監(jiān)測滑坡體散維位 移變形全過程直到劇滑那一刻，回收后檢查。這是國內外同類監(jiān)測方法和儀器所不具有的。(3)能實時自動監(jiān)測又能同時上網把采集數(shù)據(jù)在網上快速傳輸。由上述三個特點和本項目在滑坡深部滑體監(jiān)測技術方法與現(xiàn)有國內外監(jiān)測技術 方法相比是具有新穎性和創(chuàng)造性。在國內外首次實現(xiàn)滑坡體滑動時間、部位、三維位移(即 二維水平滑動、垂直沉降)距離等參數(shù)在滑坡災害發(fā)生全過程的同時監(jiān)測。在滑坡深部三 維位移變形監(jiān)測中采用帶存儲器跟蹤存儲信息，作為劇滑后驗查分析存儲的信息依據(jù)。在 滑坡深部三維位移變形監(jiān)測中實現(xiàn)上網，在網上傳輸信息并察看監(jiān)測參數(shù)。本方法是用來研究滑坡體沿著滑面滑動三維位移的變化，主要研究的參數(shù)有三 個滑坡體滑動時三維位移的變化，即滑坡體滑動時X和Y兩個軸方向的水平位移和 滑坡體垂直沉降位移(ζ軸方向)值得變化情況。位移計量單位為mm;本方法還用來研究采用高精度三維石英撓性加速度位移計，研制滑坡體三維位移 測試的實時自動監(jiān)測儀；研究滑坡體三維位移測試的實時自動監(jiān)測工藝技術方法其中包 括研究滑坡體滑動三維位移參數(shù)變化規(guī)律和對滑坡穩(wěn)定性影響(或成災)的關系；研制 監(jiān)測滑體三維位移運動動態(tài)變化的自動化實時采集和無線傳輸上網的技術方法；研究滑坡 體滑動三維加速度位移計監(jiān)測工藝技術方法其中包括研究滑坡體滑動三維位移參數(shù)變化 規(guī)律和對滑坡穩(wěn)定性影響(或成災)的關系；建立兩個試驗點進行野外生產試驗，完成監(jiān)測 預報過程；研究滑坡體三維位移運動參數(shù)采集和傳輸?shù)母鞣N地面儀器所需軟件；研究滑坡 滑體滑動三維加速度位移參數(shù)和三維位移參數(shù)動態(tài)變化的數(shù)學模型及預測預報模型。試驗檢測地點的選定試驗地點應選在地質滑坡災害易發(fā)區(qū)和突發(fā)區(qū)，要埋設在滑坡災害能發(fā)生地區(qū)， 這套監(jiān)測試驗系統(tǒng)才能保證全程監(jiān)測的運行效果，所測定的參數(shù)才會得到有效驗證和探索 報警規(guī)律，如不發(fā)生災害，則不能保證監(jiān)測效果。目前選擇在四川省雅安雨城區(qū)、四川內宜水富高速公路、西昌-攀枝花高速公路 段等，這些地段是滑坡災害易發(fā)區(qū)、突發(fā)區(qū)，經常威脅人們的生命安全、堵塞交通，通過埋設 監(jiān)測系統(tǒng)全程監(jiān)測掌握滑坡體滑動三維位移變化規(guī)律和加速度變化強度規(guī)律，探索監(jiān)測預警值。本方法解決的主要科技問題、難點和創(chuàng)新點1、解決滑坡滑體三維滑動監(jiān)測的工藝技術和安裝方法；研制實現(xiàn)滑坡滑體三維滑 動監(jiān)測技術方法所使用的滑坡體三維位移自動監(jiān)測儀；2、采用定向取心方法，確定滑坡體(滑坡“滑床”內部“崩滑體”)的原始狀態(tài)；
3、解決不同階段滑體三維滑動位移的變化與滑坡滑動強度、規(guī)律的關系以及對滑 坡穩(wěn)定性影響；4、解決滑坡滑體三維滑動位移參數(shù)變化對滑坡穩(wěn)定性的影響；5、建立滑坡體三維滑動和三維位移參數(shù)動態(tài)變化的數(shù)學模型及預測預報模型。通過研究滑坡體在突發(fā)性災害爆發(fā)前后三維位移的變化過程和規(guī)律，采用有數(shù)據(jù)采集和存儲器，對滑坡體成災全過程的跟蹤監(jiān)測。研究自動監(jiān)測和無線上網技術，實現(xiàn)網上 傳輸和查看監(jiān)測參數(shù)，實現(xiàn)對滑坡體滑動三維位移變化情況的全程實時監(jiān)測，解決以往不 能對滑坡體三維位移的全程實時監(jiān)測的問題?？己吮景l(fā)明采用儀器和工具的主要技術參數(shù)為1、三維位移測量范圍精度0-2m以上，精度3_5%。2、地下探管抗液壓強度3Mpa3、環(huán)境溫度-20°C至 +45°C4、測量方式多探頭測試5、電臺測量脈沖(頻率)1 12GNZ6、電源DC12V/TAH免維護電池及IOW太陽能電池板；7、輸出RS_232數(shù)據(jù)接口無線數(shù)傳臺傳發(fā)；8、調制方式FSK9、申請頻率220MHZ10、數(shù)據(jù)速率1200bps 或 2400bps11、信道誤碼率··< 10-4 ；12、工作方式自報或應答召測，自動無人值守，實時數(shù)據(jù)采集存儲，無線遙測遙 控。13、無線上網GPRS (或CDMA)透明通訊方式數(shù)據(jù)傳輸14、工作方式自報或應答召測，自動無人值守，實時數(shù)據(jù)采集，無線上網傳輸。本發(fā)明的方法采用三維加速度位移計安置在鉆孔中滑帶位置來監(jiān)測滑帶滑動的 全程三維位移值，以及滑體的散維位移變化情況和規(guī)律，研究其變化和滑體成災的關系。本發(fā)明的方法不僅具有現(xiàn)有滑坡深部監(jiān)測方法一切優(yōu)點，還可解決原監(jiān)測方法和 手段上存在的問題。即通過立項研究可以實現(xiàn)全程實時動態(tài)自動跟蹤監(jiān)測，不僅跟蹤監(jiān)測 滑動的部位、滑動的距離，滑動的時間，更重要的是能跟蹤監(jiān)測滑坡滑動的三維位移(即二 維水平和垂直沉降)。而且立項研究項目設有存儲器，可將監(jiān)測數(shù)據(jù)全程存于內，滑坡崩塌 后找到此存儲器后，便于進一步研究滑坡滑動強度規(guī)律、規(guī)模和防范措施。本發(fā)明的方法通過對滑坡滑體滑動三維位移等參數(shù)在滑坡災害發(fā)生全過程的監(jiān) 測，并在劇滑后驗查分析存儲的信息，在滑坡體位移變形監(jiān)測中實現(xiàn)網上傳輸信息，能高密 度、高質量采集數(shù)據(jù)，準確、迅速地判斷“滑坡活動機理的特征”。進一步完善和發(fā)展巖土滑 坡位移變形監(jiān)測方法，推動滑坡監(jiān)測預報系統(tǒng)發(fā)展對減災防災具有重大意義。與前述現(xiàn)有同類產品相比，本發(fā)明的一種滑坡體三維位移監(jiān)測方法，實現(xiàn)對滑坡 體滑動三維位移變化情況的全程實時監(jiān)測，解決以往不能對滑坡體三維位移的全程實時監(jiān) 測的問題，對減災防災具有重大意義。本發(fā)明的內容結合以下實施例作更進一步的說明，但本發(fā)明的內容不僅限于實施例中所涉及的內容。
具體實施例方式實施例1 本實施例中所述的一種滑坡體三維位移監(jiān)測方法，其特征是按照以下步驟進行a、用現(xiàn)有技術鉆孔至基巖，孔徑Φ75πιπι，采用具有較高抗剪強度又有較好彈性和韌性的金屬管，埋設在鉆孔內，周圍用水泥固結；b、將滑坡體三維位移監(jiān)測儀的短節(jié)探頭串接后下入埋設的金屬管內，每0.5m — 個測點進行測量比較，在相應滑帶位置尋找三維位移突變點，經過一定時期監(jiān)測具不穩(wěn)定 的滑體位置三維位移突變點顯露后，取出短節(jié)探頭，再將滑坡體三維位移監(jiān)測儀探頭和封 裝好的三維加速度位移探頭定向串行，下入安置于金屬管內相應滑體不穩(wěn)定的突變點位置 并固定好，進行固定式滑坡體三維位移監(jiān)測；C、金屬管變形后的三維位移等數(shù)據(jù)變化值，通過小型電臺式無線上網GPRS透明 通訊方式的數(shù)據(jù)遠傳，將數(shù)據(jù)傳送到地面安裝的滑坡體三維位移監(jiān)測儀進行實時采集。具體做法是對已有水平位移監(jiān)測孔的地區(qū)，利用監(jiān)測孔的數(shù)據(jù)資料尋找最大三位移變化突變 點，將滑坡體三維位移監(jiān)測儀探頭和封裝好的三維加速度位移探頭定向串行下入到相應滑 體不穩(wěn)定的三維突變點位置，并固定好進行固定式滑坡體三維位移的全程監(jiān)測。對無水平 位移監(jiān)測孔的地區(qū)，根據(jù)設計另行鉆孔，把作好的三維加速度位移計，安置在滑帶中，并固 定好進行固定式滑坡體三維位移的全程監(jiān)測。此滑帶要根據(jù)地質資料和定向取心資料所確 認。地面安裝自行研制的滑坡體三維位移監(jiān)測儀可實時自動采集埋設的測量管變形后的三 維位移等數(shù)據(jù)變化值均可采集、存儲于存儲器內，通過小型電臺式無線上網GPRS透明通訊 方式的數(shù)據(jù)遠傳。該方案三維位移數(shù)據(jù)是通過測量變形后測量管的各點變形部位三維位移 的值而得之故可進行大量程測量。
權利要求
一種滑坡體三維位移監(jiān)測方法，其特征是按照以下步驟進行a、用現(xiàn)有技術鉆孔至基巖，孔徑Φ75mm，采用具有較高抗剪強度又有較好彈性和韌性的金屬管，埋設在鉆孔內，周圍用水泥固結；b、將滑坡體三維位移監(jiān)測儀的短節(jié)探頭串接后下入埋設的金屬管內，每0.5m一個測點進行測量比較，在相應滑帶位置尋找三維位移突變點，經過一定時期監(jiān)測具不穩(wěn)定的滑體位置三維位移突變點顯露后，取出短節(jié)探頭，再將滑坡體三維位移監(jiān)測儀探頭和封裝好的三維加速度位移探頭定向串行，下入安置于金屬管內相應滑體不穩(wěn)定的突變點位置并固定好，進行固定式滑坡體三維位移監(jiān)測；c、金屬管變形后的三維位移等數(shù)據(jù)變化值，通過小型電臺式無線上網GPRS透明通訊方式的數(shù)據(jù)遠傳，將數(shù)據(jù)傳送到地面安裝的滑坡體三維位移監(jiān)測儀進行實時采集。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種滑坡體三維位移監(jiān)測方法。該方法是按照以下步驟進行a、用現(xiàn)有技術鉆孔至基巖，孔徑Φ75mm，采用金屬管，埋設在鉆孔內，周圍用水泥固結；b、將短節(jié)探頭串接后下入埋設的金屬管內，每0.5m一個測點進行測量比較，在相應滑帶位置尋找三維位移突變點，經過一定時期監(jiān)測具不穩(wěn)定的滑體位置三維位移突變點顯露后，取出短節(jié)探頭，再將滑坡體三維位移監(jiān)測儀探頭和封裝好的三維加速度位移探頭定向串行，下入安置于金屬管內相應滑體不穩(wěn)定的突變點位置并固定好，進行固定式監(jiān)測；c、金屬管變形后的數(shù)據(jù)變化值，通過小型電臺式無線上網GPRS透明通訊方式的數(shù)據(jù)遠傳，將數(shù)據(jù)傳送到地面安裝的滑坡體三維位移監(jiān)測儀進行實時采集。
文檔編號G01B21/02GK101806591SQ20101013413
公開日2010年8月18日 申請日期2010年3月29日 優(yōu)先權日2010年3月29日
發(fā)明者劉一民, 周策, 宋軍, 湯國起, 胡時友, 陳文俊 申請人:中國地質科學院探礦工藝研究所