堆积体滑坡大变形柔性监测装置及监测与分析方法与流程

本发明涉及岩土力学技术领域，特别是涉及一种堆积体滑坡大变形柔性监测装置及监测与分析方法。

背景技术：

滑坡变形特征是滑坡防治的重要信息，钻孔测斜仪是一种可以测试滑坡深部变形监测与滑带深度的监测仪器。但受到测量原理与测量系统构造的限制，其测量量程有限，当滑动面产生大位移时，测斜仪不能在测斜管内自由活动，故测斜仪采集不到滑坡大变形。然而堆积体滑坡经常达到米级变形，测斜仪应对滑坡大变形无能为力。近年学者研发出了如拉绳式滑坡监测装置与tdr监测系统，可以测量滑坡的深部大变形；但均不能确定滑坡移动的方向。而滑动方向对滑坡形成机理分析与处治方案的决策具有至关重要的作用，因此研发可以确定滑动方向且能跟踪米级以上变形的监测装置及监测方法具有重要的意义。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种堆积体滑坡大变形柔性监测装置及监测与分析方法，通过其可以确定滑动方向且能跟踪滑坡米级以上的变形，从而更加适于实用。

为了达到上述第一个目的，本发明提供的堆积体滑坡大变形柔性监测装置的技术方案如下：

本发明提供的堆积体滑坡大变形柔性监测装置，应用于堆积体，所述堆积体包括滑床(13)、滑体(12)，于所述滑床(13)与所述滑体(12)之间的接触面形成滑动面(14)，

所述堆积体滑坡大变形柔性监测装置包括测管(1)、固定支柱(2)、支架(5)、边部拉线(3)、第一中部拉线(6a)、第二中部拉线(6b)、第三中部拉线(6c)、第四中部拉线(6d)、第一位移传感器(4a)、第二位移传感器(4b)、第三位移传感器(4c)、第四位移传感器(4d)和测球(7)，

所述边部拉线(3)包括多根，分别固定于不同深度，其中，所述边部拉线(3)至少有1根固定于所述滑床(12)，

所述测管(1)设置于一盲孔中，所述盲孔贯穿所述滑体(12)并终止于所述滑床(13)，

所述第一中部拉线(6a)的一端固定连接于所述测管(1)的底部，所述第一中部拉线(6a)的另一端固定连接于所述测球(7)，

所述固定支柱(2)固定设置于所述滑体(12)上，所述第一位移传感器(4a)设置于所述固定支柱(2)上，所述边部拉线(3)的一端固定连接于所述测管(1)的边缘，所述边部拉线(3)的另一端固定连接于所述第一位移传感器(4a)，

所述支架(5)固定设置于所述滑体(12)上，所述第二位移传感器(4b)、第三位移传感器(4c)、第四位移传感器(4d)分别布置于所述支架(5)上，

所述第二中部拉线(6b)的一端固定连接于所述测球(7)，所述第二中部拉线(6b)的另一端固定连接于所述第二位移传感器(4b)，

所述第三中部拉线(6c)的一端固定连接于所述测球(7)，所述第三中部拉线(6c)的另一端固定连接于所述第三位移传感器(4c)，

所述第四中部拉线(6d)的一端固定连接于所述测球(7)，所述第四中部拉线(6d)的另一端固定连接于所述第四位移传感器(4d)。

本发明提供的堆积体滑坡大变形柔性监测装置还可采用以下技术措施进一步实现。

作为优选，所述第二位移传感器(4b)、第三位移传感器(4c)、第四位移传感器(4d)处于同一水平面内。

作为优选，所述支架(5)包括第一立柱(5a)、第二立柱(5b)、第三立柱(5c)、第一连接杆(15a)、第二连接杆(15b)和第三连接杆(15c)，

所述第一连接杆(15a)的一端固定连接于所述第一立柱(5a)的顶端，所述第一连接杆(15a)的另一端固定连接于所述第二立柱(5b)的顶端，

所述第二连接杆(15b)的一端固定连接于所述第一立柱(5a)的顶端，所述第二连接杆(15b)的另一端固定连接于所述第三立柱(5c)的顶端，

所述第三连接杆(15c)的一端固定连接于所述第二立柱(5b)的顶端，所述第三连接杆(15c)的另一端固定连接于所述第三立柱(5c)的顶端，

所述第二位移传感器(4b)设置于所述第一立柱(5a)的顶端，所述第三位移传感器(4c)设置于所述第三立柱(5c)的顶端，所述第四位移传感器(4d)设置于所述第二立柱(5b)的顶端。

作为优选，所述第一连接杆(15a)的长度、所述第二连接杆(15b)的长度、所述第三连接杆(15c)的长度均相等。

作为优选，所述第一中部拉线(6a)设置于所述测管(1)的中轴线上。

作为优选，所述第一中部拉线(6a)、第二中部拉线(6b)、第三中部拉线(6c)和第四中部拉线(6d)由铟钢丝制成，并且，所述第一中部拉线(6a)、第二中部拉线(6b)、第三中部拉线(6c)和第四中部拉线(6d)的外部均套设有保护套。

作为优选，所述堆积体滑坡大变形柔性监测装置还包括数据采集器(8)、蓄电池(10)，

所述数据采集器(8)用于采集所述第一位移传感器(4a)、第二位移传感器(4b)、第三位移传感器(4c)和第四位移传感器(4d)的数据，

所述蓄电池(10)用于为所述数据采集器(8)供电。

作为优选，所述堆积体滑坡大变形柔性监测装置还包括太阳能电池板(11)，所述太阳能电池板(11)用于为所述蓄电池(10)提供电能。

作为优选，所述堆积体滑坡大变形柔性监测装置还包括第一传输线(16a)、第二传输线(16b)、第三传输线(16c)和第四传输线(16d)，

所述第一传输线(16a)的一端固定连接于所述第一位移传感器(4a)，所述第一传输线(16a)的另一端固定连接于所述数据采集器(8)，

所述第二传输线(16b)的一端固定连接于所述第二位移传感器(4b)，所述第二传输线(16b)的另一端固定连接于所述数据采集器(8)，

所述第三传输线(16c)的一端固定连接于所述第三位移传感器(4c)，所述第三传输线(16c)的另一端固定连接于所述数据采集器(8)。

作为优选，所述堆积体滑坡大变形柔性监测装置还包括发射器(9)，

利用所述发射器(9)所述数据采集器(8)能够将从所述第一位移传感器(4a)、第二位移传感器(4b)、第三位移传感器(4c)和第四位移传感器(4d)采集到的位移数据传输至数据处理器。

作为优选，所述数据处理器的处理方法包括以下步骤：以滑体(12)作为参照物计算得到滑床(13)相对于滑体(12)的运动方向，由于运动是相对的，则可得到滑体(12)相对于滑床(13)的运动方向，即为滑坡滑动方向，所述堆积体滑坡大变形柔性监测与分析方法包括以下步骤：

定义所述测球(7)所处的位置坐标为p(x、y、z)，所述第二位移传感器(4b)所处的位置点为o1，所述第三位移传感器(4c)所处的位置点为o2，所述第四位移传感器(4d)所处的位置点为o3，则p与o1、o2、o3之间的距离分别为l、m、n，即po1＝l、po2＝m、po3＝n，三个拉绳出口之间的距离均为a，即o1o2＝o2o3＝o1o3＝a，建立坐标系，其中，o1点为原点，x轴、y轴在水平面内，y轴的方位指向正北方向，x轴的方位指向正东方向，z轴指向天顶方向，应用几何方法确定所述测球(7)的坐标p(x、y、z)，建立方程组(1)如下：

其中z有两个解，在所述装置有效工作范围内，所述测球7不会位于所述支架(5)的上方，故仅取负解，解方程可得公式(2)：

使用所述第二位移传感器(4b)、第三位移传感器(4c)、第四位移传感器(4d)分别测算所述测球(7)与o1、o2、o3的初始距离l0、m0、n0，通过所述公式(2)可以计算得到所述测球(7)的初始坐标p(x0、y0、z0)，通过测量所述滑体12某一时刻所述测球(7)与o1、o2、o3之间的距离ls、ms、ns，可以计算得到测球在该时刻的坐标p(xs、ys、zs)，则在所建立的坐标系下所述测球(7)位移累计方向矢量为(xs-x0、ys-y0、zs-z0)，任一时间区间所述测球(7)位移方向也可采用同样方法得到，以所述滑体(12)及固定在其上的所述支架(5)为参照物，由于所述滑床(13)中的固定点与所述测球(7)通过所述边部拉线(3)连接，故所述滑床(12)中的固定点与所述测球(7)的运动方向是一致的，可得到所述滑床(13)相对于所述滑体(12)的运动方向矢量为(xs-x0、ys-y0、zs-z0)，按照运动的相对性可得到所述滑体(12)滑动方向矢量为(x0-xs、y0-ys、z0-zs)；

通过位移传感器读数变化情况，可以了解滑坡位移大小；

分析固定于不同深度拉绳所连位移传感器读数变化特征可以得到滑动面位移，分析不同位移传感器读数变化情况可以确定滑动面所在位置。

为了达到上述第二个目的，本发明提供的堆积体滑坡大变形柔性监测与分析方法的技术方案如下：

本发明提供的堆积体滑坡大变形柔性监测装置的堆积体滑坡大变形柔性监测与分析方法以滑体(12)作为参照物计算得到滑床(13)相对于滑体(12)的运动方向，由于运动是相对的，则可得到滑体(12)相对于滑床(13)的运动方向，即为滑坡滑动方向，所述堆积体滑坡大变形柔性监测与分析方法包括以下步骤：

定义所述测球(7)所处的位置坐标为p(x、y、z)，所述第二位移传感器(4b)所处的位置点为o1，所述第三位移传感器(4c)所处的位置点为o2，所述第四位移传感器(4d)所处的位置点为o3，则p与o1、o2、o3之间的距离分别为l、m、n，即po1＝l、po2＝m、po3＝n，三个拉绳出口之间的距离均为a，即o1o2＝o2o3＝o1o3＝a，建立坐标系，其中，o1点为原点，x轴、y轴在水平面内，y轴的方位指向正北方向，x轴的方位指向正东方向，z轴指向天顶方向，应用几何方法确定所述测球(7)的坐标p(x、y、z)，建立方程组(1)如下：

其中z有两个解，在所述装置有效工作范围内，所述测球7不会位于所述支架(5)的上方，故仅取负解，解方程可得公式(2)：

使用所述第二位移传感器(4b)、第三位移传感器(4c)、第四位移传感器(4d)分别测算所述测球(7)与o1、o2、o3的初始距离l0、m0、n0，通过所述公式(2)可以计算得到所述测球(7)的初始坐标p(x0、y0、z0)，通过测量所述滑体12某一时刻所述测球(7)与o1、o2、o3之间的距离ls、ms、ns，可以计算得到测球在该时刻的坐标p(xs、ys、zs)，则在所建立的坐标系下所述测球(7)位移累计方向矢量为(xs-x0、ys-y0、zs-z0)，任一时间区间所述测球(7)位移方向也可采用同样方法得到，以所述滑体(12)及固定在其上的所述支架(5)为参照物，由于所述滑床(13)中的固定点与所述测球(7)通过所述边部拉线(3)连接，故所述滑床(12)中的固定点与所述测球(7)的运动方向是一致的，可得到所述滑床(13)相对于所述滑体(12)的运动方向矢量为(xs-x0、ys-y0、zs-z0)，按照运动的相对性可得到所述滑体(12)滑动方向矢量为(x0-xs、y0-ys、z0-zs)；

通过位移传感器读数变化情况，可以了解滑坡位移大小；

分析固定于不同深度拉绳所连位移传感器读数变化特征可以得到滑动面位移，分析不同位移传感器读数变化情况可以确定滑动面所在位置。

应用本发明提供的堆积体滑坡大变形柔性监测装置及监测与分析方法，可以确定滑动方向且能跟踪滑坡米级以上的变形，对滑坡形成机理分析与处治方案的决策具有至关重要的作用。其中，通过位移传感器读数变化情况，可以了解滑坡位移大小，即使测管被挫断仍然能通过拉绳所连位移传感器读数获得滑坡位移大小。分析固定于不同深度拉绳所连位移传感器读数变化特征可以得到滑动面位移，由于固定于滑动面以上拉绳位移传感器读数变化较小，固定于滑动面以下拉绳位移传感器读数变化较较大，因此分析不同位移传感器读数变化情况可以确定滑动面所在位置。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例一提供的堆积体滑坡大变形柔性监测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的堆积体滑坡大变形柔性监测装置的结构示意图；

图3为本发明实施例二提供的堆积体滑坡大变形柔性监测装置中的数据处理和本发明实施例三提供的堆积体滑坡大变形柔性监测与分析方法应用的坐标系的示意图。

具体实施方式

本发明为解决现有技术存在的问题，提供一种堆积体滑坡大变形柔性监测装置及监测与分析方法，通过其可以确定滑动方向且能跟踪滑坡米级以上的变形，从而更加适于实用。

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的堆积体滑坡大变形柔性监测装置及监测与分析方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，具体的理解为：可以同时包含有a与b，可以单独存在a，也可以单独存在b，能够具备上述三种任一种情况。

实施例一

参见附图1，本发明提供的堆积体滑坡大变形柔性监测装置，应用于堆积体，堆积体包括滑床13、滑体12，于滑床13与滑体12之间的接触面形成滑动面14。堆积体滑坡大变形柔性监测装置包括测管1、固定支柱2、支架5、边部拉线3、第一中部拉线6a、第二中部拉线6b、第三中部拉线6c、第四中部拉线6d、第一位移传感器4a、第二位移传感器4b、第三位移传感器4c、第四位移传感器4d和测球7。边部拉线3包括多根，分别固定于不同深度，其中，边部拉线3至少有1根固定于所述滑床12，测管1设置于一盲孔中，盲孔贯穿滑体12并终止于滑床13。第一中部拉线6a的一端固定连接于测管1的底部，第一中部拉线6a的另一端固定连接于测球7。固定支柱2固定设置于滑体12上，第一位移传感器4a设置于固定支柱2上，边部拉线3的一端固定连接于测管1的边缘，边部拉线3的另一端固定连接于第一位移传感器4a。支架5固定设置于滑体12上，第二位移传感器4b、第三位移传感器4c、第四位移传感器4d分别布置于支架5上。第二中部拉线6b的一端固定连接于测球7，第二中部拉线6b的另一端固定连接于第二位移传感器4b。第三中部拉线6c的一端固定连接于测球7，第三中部拉线6c的另一端固定连接于第三位移传感器4c。第四中部拉线6d的一端固定连接于测球7，第四中部拉线6d的另一端固定连接于第四位移传感器4d。

应用本发明实施例一提供的堆积体滑坡大变形柔性监测装置可以确定滑动方向且能跟踪滑坡米级以上的变形，对滑坡形成机理分析与处治方案的决策具有至关重要的作用。其中，通过位移传感器读数变化情况，可以了解滑坡位移大小，即使测管被挫断仍然能通过拉绳所连位移传感器读数获得滑坡位移大小。分析固定于不同深度拉绳所连位移传感器读数变化特征可以得到滑动面位移，由于固定于滑动面以上拉绳位移传感器读数变化较小，固定于滑动面以下拉绳位移传感器读数变化较较大，因此分析不同位移传感器读数变化情况可以确定滑动面所在位置。

其中，第二位移传感器4b、第三位移传感器4c、第四位移传感器4d处于同一水平面内。在这种情况下，可以应用附图3所示的坐标系进行计算和分析，能够简化计算和分析的过程，从而更加方便地得到分析结果。

其中，支架5包括第一立柱5a、第二立柱5b、第三立柱5c、第一连接杆15a、第二连接杆15b和第三连接杆15c。第一连接杆15a的一端固定连接于第一立柱5a的顶端，第一连接杆15a的另一端固定连接于第二立柱5b的顶端。第二连接杆15b的一端固定连接于第一立柱5a的顶端，第二连接杆15b的另一端固定连接于第三立柱5c的顶端。第三连接杆15c的一端固定连接于第二立柱5b的顶端，第三连接杆15c的另一端固定连接于第三立柱5c的顶端。第二位移传感器4b设置于第一立柱5a的顶端，第三位移传感器4c设置于第三立柱5c的顶端，第四位移传感器4d设置于第二立柱5b的顶端。在这种情况下，该支架5能够避免对各位移传感器连接线的干涉。

其中，第一连接杆15a的长度、第二连接杆15b的长度、第三连接杆15c的长度均相等。在这种情况下，在进行附图3所示的坐标系的数学计算时，数学建模的过程更加简便。

其中，第一中部拉线6a设置于测管1的中轴线上。在这种情况下，在进行附图3所示的坐标系的数学计算时，数学建模的过程更加简便。

其中，第一中部拉线6a、第二中部拉线6b、第三中部拉线6c和第四中部拉线6d由铟钢丝制成，并且，第一中部拉线6a、第二中部拉线6b、第三中部拉线6c和第四中部拉线6d的外部均套设有保护套。在这种情况下，能够减少各中部拉线的磨损，提高本发明实施例一提供的堆积体滑坡大变形柔性监测装置的服役寿命。

实施例二

参见附图2，在本发明实施例一提供的堆积体滑坡大变形柔性监测装置的基础上进行改进，本发明实施例二提供的堆积体滑坡大变形柔性监测装置还包括数据采集器8、蓄电池10。数据采集器8用于采集第一位移传感器4a、第二位移传感器4b、第三位移传感器4c和第四位移传感器4d的数据。蓄电池10用于为数据采集器8供电。在这种情况下，能够通过蓄电池10为数据采集器8供电，能够使得本发明实施例二提供的堆积体滑坡大变形柔性监测装置能够随时随地布置，而不至于收到电源位置的限制。

其中，堆积体滑坡大变形柔性监测装置还包括太阳能电池板11，太阳能电池板11用于为蓄电池10提供电能。在这种情况下，通过太阳能电池板11即可为蓄电池10提供电能，能够节省其他形式的电能，从而减少监测成本。

其中，堆积体滑坡大变形柔性监测装置还包括第一传输线16a、第二传输线16b、第三传输线16c和第四传输线16d。第一传输线16a的一端固定连接于第一位移传感器4a，第一传输线16a的另一端固定连接于数据采集器8。第二传输线16b的一端固定连接于第二位移传感器4b，第二传输线16b的另一端固定连接于数据采集器8。第三传输线16c的一端固定连接于第三位移传感器4c，第三传输线16c的另一端固定连接于数据采集器8。

其中，堆积体滑坡大变形柔性监测装置还包括发射器9。利用发射器9数据采集器8能够将从第一位移传感器4a、第二位移传感器4b、第三位移传感器4c和第四位移传感器4d采集到的位移数据传输至数据处理器。在这种情况下，通过设置在远端的数据处理器即可接收到各数据，能够做到无人值守，从而节约人力资源。

其中，数据处理器的处理方法包括以下步骤：以滑体12作为参照物计算得到滑床13相对于滑体12的运动方向，由于运动是相对的，则可得到滑体12相对于滑床13的运动方向，即为滑坡滑动方向，其中，滑坡启动后滑体12会产生位移或变形，滑体12与滑床13之间发生相对运动，固定于滑床13的多根拉线运动引起多个位移传感器读数变化，结合自动化采集发射装置可以获得位移传感器的读数，从而通过数据处理器能够分析滑带深度、滑坡位移大小与滑坡方向。该堆积体滑坡大变形柔性监测与分析方法包括以下步骤：

定义测球7所处的位置坐标为p(x、y、z)，第二位移传感器4b所处的位置点为o1，第三位移传感器4c所处的位置点为o2，第四位移传感器4d所处的位置点为o3，则p与o1、o2、o3之间的距离分别为l、m、n，即po1＝l、po2＝m、po3＝n，三个拉绳出口之间的距离均为a，即o1o2＝o2o3＝o1o3＝a，建立附图3所示的坐标系，其中，o1点为原点，x轴、y轴在水平面内，y轴的方位指向正北方向，x轴的方位指向正东方向，z轴指向天顶方向，应用几何方法确定测球7的坐标p(x、y、z)，建立方程组(1)如下：

其中z有两个解，在装置有效工作范围内，测球7不会位于支架5的上方，故仅取负解，解方程可得公式(2)：

使用第二位移传感器4b、第三位移传感器4c、第四位移传感器4d分别测算测球7与o1、o2、o3的初始距离l0、m0、n0，通过公式(2)可以计算得到测球7的初始坐标p(x0、y0、z0)，通过测量滑体12某一时刻测球7与o1、o2、o3之间的距离ls、ms、ns，可以计算得到测球在该时刻的坐标p(xs、ys、zs)，则在所建立的坐标系下测球7位移累计方向矢量为(xs-x0、ys-y0、zs-z0)，任一时间区间测球7位移方向也可采用同样方法得到，以滑体12及固定在其上的支架5为参照物，由于滑床13中的固定点与测球7通过边部拉线3连接，故滑床12中的固定点与测球7的运动方向是一致的，可得到滑床13相对于滑体12的运动方向矢量为(xs-x0、ys-y0、zs-z0)，按照运动的相对性可得到滑体12滑动方向矢量为(x0-xs、y0-ys、z0-zs)；通过位移传感器读数变化情况，可以了解滑坡位移大小；分析固定于不同深度拉绳所连位移传感器读数变化特征可以得到滑动面位移，分析不同位移传感器读数变化情况可以确定滑动面所在位置。该数学建模过程简单、便捷，计算和分析所得结果可靠。

实施例三

本发明实施例三提供的基于堆积体滑坡大变形柔性监测装置的堆积体滑坡大变形柔性监测与分析方法以滑体12作为参照物计算得到滑床13相对于滑体12的运动方向，由于运动是相对的，则可得到滑体12相对于滑床13的运动方向，即为滑坡滑动方向，其中，滑坡启动后滑体12会产生位移或变形，滑体12与滑床13之间发生相对运动，固定于滑床13的多根拉线运动引起多个位移传感器读数变化，结合自动化采集发射装置可以获得位移传感器的读数，从而通过数据处理器能够分析滑带深度、滑坡位移大小与滑坡方向。堆积体滑坡大变形柔性监测与分析方法包括以下步骤：

定义测球7所处的位置坐标为p(x、y、z)，第二位移传感器4b所处的位置点为o1，第三位移传感器4c所处的位置点为o2，第四位移传感器4d所处的位置点为o3，则p与o1、o2、o3之间的距离分别为l、m、n，即po1＝l、po2＝m、po3＝n，三个拉绳出口之间的距离均为a，即o1o2＝o2o3＝o1o3＝a，建立附图3所示的坐标系，其中，o1点为原点，x轴、y轴在水平面内，y轴的方位指向正北方向，x轴的方位指向正东方向，z轴指向天顶方向，应用几何方法确定测球7的坐标p(x、y、z)，建立方程组(1)如下：

其中z有两个解，在装置有效工作范围内，测球7不会位于支架5的上方，故仅取负解，解方程可得公式(2)：

使用第二位移传感器4b、第三位移传感器4c、第四位移传感器4d分别测算测球7与o1、o2、o3的初始距离l0、m0、n0，通过公式(2)可以计算得到测球7的初始坐标p(x0、y0、z0)，通过测量滑体12某一时刻测球7与o1、o2、o3之间的距离ls、ms、ns，可以计算得到测球在该时刻的坐标p(xs、ys、zs)，则在所建立的坐标系下测球7位移累计方向矢量为(xs-x0、ys-y0、zs-z0)，任一时间区间测球7位移方向也可采用同样方法得到，以滑体12及固定在其上的支架5为参照物，由于滑床13中的固定点与测球7通过边部拉线3连接，故滑床12中的固定点与测球7的运动方向是一致的，可得到滑床13相对于滑体12的运动方向矢量为(xs-x0、ys-y0、zs-z0)，按照运动的相对性可得到滑体12滑动方向矢量为(x0-xs、y0-ys、z0-zs)；通过位移传感器读数变化情况，可以了解滑坡位移大小；分析固定于不同深度拉绳所连位移传感器读数变化特征可以得到滑动面位移，分析不同位移传感器读数变化情况可以确定滑动面所在位置。

同时，通过位移传感器读数变化情况，可以了解滑坡位移大小，即使测管被挫断仍然能通过拉绳所连位移传感器读数获得滑坡位移大小。分析固定于不同深度拉绳所连位移传感器读数变化特征可以得到滑动面位移，由于固定于滑动面以上拉绳位移传感器读数变化较小，固定于滑动面以下拉绳位移传感器读数变化较较大，因此分析不同位移传感器读数变化情况可以确定滑动面所在位置。

实施例四

本发明实施例四提供的大变形监测装置包括测管1、固定支柱2、不少于一根的边部拉线3、与边部拉线一一对应的拉绳式位移传感器4，测管1埋于地下，穿过滑动面14，本实施例中测管长30m，直径为90mm，使用pvc材料制成，测管1与水平面之间的倾角为30°。固定支柱2固定在坡表，所述固定支柱2上安装有多个拉绳式位移传感器4，所述拉绳式位移传感器4附有拉绳连接头。边部拉线3一端固定在测管1内，另一端通过拉线连接头分别与拉绳式位移传感器4一一连接，所述边部拉线3固定在所述测管1内不同深度，其中最深的边部拉线3固定在滑床13部位，本实施例中共有五根边部拉线3，分别与固定支柱2上的五个拉绳式位移传感器4连接。

方位监测装置包括三角形传感器安装板架5、三个拉绳式位移传感器4、多根中部拉线6、测球7。三角形传感器安装板架5包括传感器安装平板、水准仪基座、微型罗盘。所述传感器安装平板开设有三个拉绳出口，三个拉绳出口呈等边三角形布置，所述微型罗盘固定在所述传感器安装平板上，且所述微型罗盘度盘上0°点与360°点连线与等边三角形中某条边平行或重合。所述水准仪基座通过钢支柱固定在坡表，所述传感器安装平板与所述水准仪基座连接，所述传感器安装平板可通过水准仪基座进行调平，且所述传感器安装平板能在水平面内旋转并固定。三个所述拉绳式位移传感器4通过螺栓固定在所述传感器安装平板上，三个所述拉绳式位移传感器4上具有拉绳连接头，三个所述拉绳连接头分别设置在三个拉绳出口处。三根中部拉线6-2一端分别穿过三个所述拉绳出口分别与对应的拉绳连接头连接，另一端均固定在所述测球7上。中部拉线6-1一端通过测管固定于滑床13，且位于测管1中轴线上，另一端固定在测球7上。测球7在安装过程中优选地布置在测管1的中轴线上。本实施例中边部拉线3、中部拉线6采用铟钢丝，其直径为1mm，且套有保护套，拉绳式位移传感器4出线口拉力优选为2kg，线性精度优选为0.01％，拉绳式位移传感器4量程为3m。

自动化采集发射装置包括采集器8、发射器9、蓄电池10、太阳能电池板11。拉绳式位移传感器4分别通过导线连接至采集器8，采集器8通过导线连接发射器9，发射器9利用现有移动通信网络，将信号传输到数据处理中心。拉绳式位移传感器4、采集器8、发射器9采用蓄电池10供电，蓄电池10连接有太阳能电池板11以储存太阳能电池板11所产生的电力。

以某个堆积滑坡的大变形监测为例说明本发明的实施步骤。

步骤1：按照设计30°倾角进行地质钻孔，孔深30m，钻孔穿过滑动面14，深入滑床13,；

步骤2：制作一根31m长的中部拉线6-1，将其一端固定于测管1底部，且位于测管1中轴线上，使用连接头接长测管1并逐渐沉入钻孔，并将五根边部拉线3的一端分别固定在测管1不同深度，其中最深的边部拉线3固定在测管底部，所有边部拉线3与中部拉线6的另一端伸出地表；

步骤3：将固定支柱2固定在坡表，并安装五个拉绳式位移传感器4，将五根的边部拉线伸出地表的一端通过拉绳连接头分别与固定支柱上的拉绳式位移传感器4一一连接；

步骤4：将制作好的三角形传感器安装板架5通过钢支柱固定在坡表，并安装三个拉绳式位移传感器4，使用水准仪基座调平传感器安装平板，在水平面内旋转安装平板直至微型罗盘度盘上0°点与360°点连线指向正北方向，固定安装平板方位；

步骤5：将中部拉线6-1拉直，并将测球7置于测管1中轴线上，将三根已知长度的中部拉线6-2的一端均固定在测球7上，另一端与三个拉绳式位移传感器4的拉绳接头连接，并测算出测球7与相应拉绳出口之间的距离；

步骤6：安装并调试自动化采集发射装置，记录拉绳式位移传感器4初始读数，监测期间按一定时间间隔调取拉绳式位移传感器4读数用于数据分析；

步骤7：通过三角形传感器安装板架5上三个拉绳式位移传感器4的读数可以获得任一时刻测球7与三个拉绳出口之间的距离，建立坐标系，以三角形传感器安装板架5为参照物计算测球7在任一时刻的坐标，可得到所建立的坐标系下测球7位移方向矢量，由于滑床13中的固定点与测球7的运动方向是一致的，可得到滑床13相对于滑体12的运动方向矢量，按照运动的相对性可得到滑坡滑动方向矢量与之相反。

步骤8：利用与边部拉线3连接的拉绳式位移传感器4读数变化情况可以监测滑坡情况，滑坡发生后，固定在滑面14以上的边部拉线3所连接的拉绳式位移传感器4读数变化较小或不发生变化，固定在滑面14以下的边部拉线3所连接的拉绳式位移传感器4读数变化明显，从而可判断滑动面位置，并分析滑坡变形大小与变形速率，为滑坡的防治提供依据。

定义所述测球(7)所处的位置坐标为p(x、y、z)，所述第二位移传感器(4b)所处的位置点为o1，所述第三位移传感器(4c)所处的位置点为o2，所述第四位移传感器所处的位置点为o3，则p与o1、o2、o3之间的距离分别为l、m、n，即po1＝l、po2＝m、po3＝n，三个拉绳出口之间的距离均为a，即o1o2＝o2o3＝o1o3＝a，建立坐标系，其中，o1点为原点，x轴、y轴在水平面内，y轴的方位指向正北方向，x轴的方位指向正东方向，z轴指向天顶方向，应用几何方法确定所述测球(7)的坐标p(x、y、z)，建立方程组(1)如下：

其中z有两个解，在所述装置有效工作范围内，所述测球7不会位于所述支架(5)的上方，故仅取负解，解方程可得公式(2)：

使用所述第二位移传感器(4b)、第三位移传感器(4c)、第四位移传感器(4d)分别测算所述测球(7)与o1、o2、o3的初始距离l0、m0、n0，通过所述公式(2)可以计算得到所述测球(7)的初始坐标p(x0、y0、z0)，通过测量所述滑体12某一时刻所述测球(7)与o1、o2、o3之间的距离ls、ms、ns，可以计算得到测球在该时刻的坐标p(xs、ys、zs)，则在所建立的坐标系下所述测球(7)位移累计方向矢量为(xs-x0、ys-y0、zs-z0)，任一时间区间所述测球(7)位移方向也可采用同样方法得到，以所述滑体(12)及固定在其上的所述支架(5)为参照物，由于所述滑床(13)中的固定点与所述测球(7)通过所述边部拉线(3)连接，故所述滑床(12)中的固定点与所述测球(7)的运动方向是一致的，可得到所述滑床(13)相对于所述滑体(12)的运动方向矢量为(xs-x0、ys-y0、zs-z0)，按照运动的相对性可得到所述滑体(12)滑动方向矢量为(x0-xs、y0-ys、z0-zs)。

此外，通过位移传感器读数变化情况，可以了解滑坡位移大小，即使测管被挫断仍然能通过拉绳所连位移传感器读数获得滑坡位移大小。分析固定于不同深度拉绳所连位移传感器读数变化特征可以得到滑动面位移，由于固定于滑动面以上拉绳位移传感器读数变化较小，固定于滑动面以下拉绳位移传感器读数变化较较大，因此分析不同位移传感器读数变化情况可以确定滑动面所在位置。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。