一种用于滑坡深部位移测量的无导轮倾斜仪及其安装方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及滑坡测斜领域，具体涉及一种用于滑坡深部位移测量的无导轮倾斜仪 及其安装方法。
【背景技术】
[0002] 滑坡的变形都是最先开始于滑坡体的内部（深部），再逐步发展到地表。测斜仪 (又称钻孔倾斜仪）是一种非常重要的滑坡等地质灾害体深部位移的监测仪器，所以也被 称作内观仪器，它是通过测量测斜管轴线和铅垂线之间的夹角变化量，实现对岩土体的深 部水平位移监测，可有效判断滑坡滑带位置，了解滑坡体深部变形情况，为评价滑坡体稳定 性提供依据。
[0003] 在地质灾害监测领域，通常采用的是固定式测斜仪和滑动式测斜仪两种监测仪器 进行测量工作，根据目前使用情况分析，这两种监测仪器在工作过程和数据采集方面均存 在部分缺陷，主要问题表现在以下几方面。
[0004] 固定式测斜仪把若干支测斜传感器固定安装在测斜管的特定部位，进行连续、自 动的局部位置的倾斜角变化测量。由于受空间和成本的限制，在测斜孔内安装的仪器数量 有限，仪器之间的间距也较长。在实际应用中，多采用3探头安装形式，即先采用钻孔勘察 的方法，在滑坡上施工一钻孔，通过岩心情况确定滑面位置，或者应用滑动式测斜仪对钻孔 进行前期测量，确定该滑坡主滑面位置，然后在滑面上部，滑面处和滑面下部各安装一个固 定式测斜仪探头，进行滑坡深部位移测量。由于岩心分析确定滑面的方法可能存在主观 (经验）和客观（岩心质量）判断误差，以及在用滑动式测斜仪进行前期测量过程中，由于 人工测量时间较短、滑坡处于缓慢蠕滑阶段等因素，滑面表现不明显等因素导致滑面判断 并不准确，固定式测斜仪测量并不能反映滑坡深部位移变形的典型情况，或者即使滑面判 断准确，3个探头也难以全面测量出该钻孔全孔的位移变化情况，以有限的测点来推演整个 孔段的位移情况，误差较大，而且会因为位置关系调整而需要进行零点修正等率定工作，安 装施工比较麻烦。另外在滑坡的变形过程中，还会生成次生滑面，用这种监测方法，对次生 滑面的判定也存在较大的困难。
[0005] 滑动式测斜仪在测斜管内能够以预定的测量相同间距进行连续、逐段测出测斜管 轴线与铅垂线之间的夹角。通过计算可获得分段的水平位移，经累加计算后获得总的位移 量及沿管轴线整个孔深的位移变化情况。但当滑坡出现较大变形时，测斜管在滑坡体内受 挤压变形，甚至被剪断时，测量仪器在测斜管内的下放将受到阻碍，甚至导致钻孔报废，无 法完成全孔段的测量，也就不能测量深部滑体滑移的全过程，而且滑动式测斜仪测量过程 非常麻烦，基本上无法实现自动化测量，无法实现实时自动监测和动态监测，这样滑体滑动 数据采集不及时，不齐全，漏采较多。目前在三峡库区等地，由于测斜管的变形，导致很多深 部位移监测孔不能正常工作而报废，严重影响监测数据的采集，而要修复这些钻孔，更是一 笔投入。
[0006] 另外，传统的固定式倾斜仪在安装过程中需要测斜管的连接配合，仪器本身也需 要安装导轮、万向节等辅助设备才能顺利安装，不免对仪器生产及现场安装带来麻烦。更为 严重的是，由于多节测斜管相互连接，仪器将无法避免的产生扭转角度的问题，需要一种新 的测量方法来解决这一问题，同时简化安装过程。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种用于滑坡深部位移测量的无导轮倾斜仪及其安装方 法，解决目前的测斜仪在进行滑坡测斜方面存在安装施工不方便、滑面判断不准确、无法进 行全孔深变形数据获取以及测斜管存在扭转角度的问题。
[0008] 本发明为实现上述目的，采用以下技术方案实现：一种用于滑坡深部位移测量的 无导轮倾斜仪，包括PVC管、设置在PVC管的管口上方的监测箱以及从PVC管的管口到管底 连续布设的若干探测节点，相邻两个探测节点通过电缆和波纹管连接，每个探测节点包括 一个主探头和四个副探头，主探头与四个副探头通过电缆依次串联，且主探头与相邻的副 探头之间以及相邻两个副探头之间均通过波纹管连接；
[0009] 所述监测箱内设有数据采集模块、数据传输模块以及供电模块；
[0010] 数据采集模块：用于向主探头采集数据；
[0011] 数据传输模块：用于将数据采集模块采集到的数据通过GPRS传输网络传输至远 程数据服务器中心；
[0012] 供电模块：为数据采集模块和数据传输模块供电。
[0013] 在本方案中，电缆用于实现探头间的信号连接，波纹管用于确保各个探测节点之 间有较大幅度的任意角度柔性旋转能力，以匹配钻孔的变化要求；副探头用于对自身位置 的角度变化进行感知，然后以数字量的形式输出，而主探头除了要采集自身的传感器数据， 还要采集四个副探头的数据，并将这些数据进行汇总后传至数据采集模块，最后通过数据 传输模块将数据发送至远程服务器中心。本方案中提到的数据传输模块、数据采集模块为 现有技术，在数据处理领域常常用到，在此不再做过多的介绍和说明。
[0014] 进一步地，作为优选方案，所述主探头内设有电路板，该电路板上包括电源管理电 路、CPU电路、存贮单元电路、通信电路、通道切换控制电路、角度传感器、数据采集电路和电 子罗盘；
[0015] 电源管理电路：用于为探测节点提供工作电源；
[0016] CPU电路：用于实现探测节点的所有控制与管理功能；
[0017] 贮存电路：用于实现对配置参数和测量结果的保存；
[0018] 通道切换控制电路：在CPU电路的控制管理下，实现对主探头所有角度传感器输 出信号的任意切换控制；
[0019] 数据采集电路：用于实现对角度传感器输出信号的模数转换功能；
[0020] 通信电路：以RS485通信方式实现与数据采集设备的数据和命令的交互功能；
[0021] 角度传感器：用于实现对主探头所在位置的顶角角度变化的感知，并以数字量形 式输出；
[0022] 电子罗盘：用于实现主探头所在位置的方位角位置的感知，并以数字量形式输出。
[0023] 进一步地，作为优选方案，所述每个副探头设有内部电路，该内部电路包括通道切 换控制电路和角度传感器，所述通道切换控制电路在主探头的CPU电路的控制管理下，实 现对本副探头所有角度传感器输出信号的任意切换控制；角度传感器实现对本副探头所在 位置的角度变化的感知，并以数字量形式输出。
[0024] 进一步地，作为优选方案，所述角度传感器为高精度MEMS加速度角度传感器。
[0025] 进一步地，作为优选方案，所述主探头和副探头采用紫铜管或铝合金管进行封装 密封。
[0026] 进一步地，所述主探头和副探头的长度均为0. 5米。钻孔的深度一般为10米的整 数倍，全孔连续测斜仪采取2. 5米一个探测节点的设计，可以匹配任意深度的钻孔。
[0027] -种用于安装滑坡深部位移测量的无导轮倾斜仪的方法，包括以下安装步骤：
[0028] (a)在基岩上选择一滑坡体，并在滑坡体上施工一钻孔；
[0029] (b)将PVC管分段连接，然后将连接好的PVC管竖直插入钻孔中；
[0030] (C)PVC管与钻孔之间的间隙用水泥砂浆填充，使PVC管固定在钻孔内；
[0031] ⑷将探测节点放入PVC管内，用细砂回填，使探测节点紧固在PVC管内；
[0032] (e)将监测箱安装在钻孔的孔口处，用以采集、传输全孔测斜数据。
[0033] 本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
[0034] (1)本发明通过将探头设计成多个探测节点串联的方式，探测节点由一个主