岩石断层剪切滑移大变形监测系统及监测方法
【专利摘要】本发明公开了一种岩石断层剪切滑移大变形监测系统及监测方法，基于磁场定位原理，分别将磁性体和磁传感探头分别布置在岩石断层易滑移的一侧和另一侧内，磁性体发出的磁感应强度由磁传感探头探测，岩石断层发生剪切滑移时，磁性体随着断层一同滑移，此时磁传感探头动态探测磁感应强度的变化，通过磁感应强度变化由远程数据处理中心计算出岩石断层剪切滑移大变形，对岩石随着断层的滑移坍塌进行预警。本发明提供了一种新的监测岩石断层剪切滑移大变形的方法和监测系统，可在雨水、岩体渗流、滚石、泥石流等恶劣环境下长期服役，所需设备数量少，布设简便，监测准确。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及岩土工程测量【技术领域】，特别涉及一种岩石断层剪切滑移大变形监测 系统及监测方法。 岩石断层剪切滑移大变形监测系统及监测方法
【背景技术】
[0002] 岩体由岩石和断层组成，岩石断层作为一个低强度、易变形、透水性大、抗水性差 的软弱带，与其两侧岩体在物理力学特性上有着显著的差异。断层的强度与变形方面，常成 为控制各类岩体工程稳定的制约因素，同时也是许多重大地质灾害发生的主要边界条件之 一。对岩石断层的剪切滑移进行监测预警有着十分重要的意义。
[0003] 传统的监测方法中，大地水准测量法、GPS观测网、合成孔径雷达干涉测量等可测 量岩体表面的变形，精度可达毫米级别，其信号无法穿透水、岩石，无法监测岩体的内部变 形，且易受气象条件的影响，无法在雨水、岩体渗流、泥石流等环境下服役。水平声波剖面法 (HSP)、陆地声纳法、探地雷达法、红外探水法、电磁波CT探测方法、高密度电阻率法和高频 大地电磁法等可以探测岩石断层的空间分布，甚至达到图像化，但其精度不高，在断层的变 形监测方面存在困难。目前，大多采用钻孔侧斜仪观测断层在不同高程处的水平位移或垂 直位移，尚无法直接监测断层沿滑动方向的剪切滑移变形。另一方面，现有的钻孔测斜仪虽 然能间接地推算出岩石断层的变形分布，性能和适用范围基本满足岩石断层初期变形的要 求，但布设繁琐，在泥石流、岩体渗流、滚石等恶劣环境下易损坏，转换计算造成累积误差， 测量范围小，且岩石断层剪切滑移变形的中后期阶段的大变形尚无法监测。
[0004] 针对上述之不足，有必要研究一种可以简便、精确地监测岩石断层剪切滑移大变 形的监测系统和方法。
【发明内容】
[0005] 有鉴于岩石断层剪切滑移大变形监测中亟需解决的问题，本发明基于磁场定位原 理，提供一种用于岩石断层剪切滑移大变形监测的系统及使用方法，将磁传感探头和磁性 体布置在岩石深部，监测岩石断层剪切滑移大变形，对岩石随着断层的滑移坍塌进行预警。
[0006] 本发明的岩石断层剪切滑移大变形监测系统，包括磁性体、磁传感探头、磁场采集 主机、RS232无线传输模块和远程数据处理中心，所述磁性体置于岩石断层易滑移一侧的内 部，所述磁传感探头置于岩石断层的另一侧的内部，所述磁传感探头采集磁性体发射出的 磁感应强度值并通过电缆传输给所述磁场采集主机，再由RS232无线传输模块远程传送至 远程数据处理中心，远程数据处理中心将磁感应强度值计算成位移。
[0007] 进一步，所述磁性体包括钕铁硼永磁铁和万向支架；所述万向支架包括球体、夕卜 环、内环和仓体，所述外环两端回转支承在球体内，内环两端回转支承外环内，仓体回转支 承在内环内，所述球体、外环和内环同重心，所述外环、内环和仓体的回转轴线相互水平垂 直；所述钕铁硼永磁铁置于仓体内，球体滚动时仓体内的钕铁硼永磁铁保持平动。
[0008] 进一步，所述磁传感探头由四个呈正方形布置的三轴磁力计组成，所述四个三轴 磁力计的XYZ轴方向相同，其中两个位于X轴，另外两个位于Y轴。
[0009] 进一步，所述磁性体还包括万向支架外的依次包围的隔震橡胶层、环氧密封层和 混凝土外壳。
[0010] 本发明还提供了一种岩石断层剪切滑移大变形监测方法，包括如下步骤：
[0011] S1)在岩石断层的易滑动的一侧岩体钻孔布置磁性体，在另一侧岩体钻孔埋设磁 传感探头，测量磁性体与磁传感探头中心连线的水平距离AL、高程差Ah，岩石断层厚度 d ；
[0012] 优选的，磁传感探头的埋设深度比磁性体的埋设深度浅；
[0013] S2)磁传感探头探测磁性体发出的磁感应强度，通过传输电缆传输至数据采集模 块中的磁场数据采集主机，再通过内嵌在数据采集模块中的RS232无线发射模块发送到远 程数据处理中心，远程数据处理中心计算剪切滑移：
[0014] S2. 1)将磁传感探头检测到的磁性体发射出的磁感应强度计算成磁场梯度，计算 如下：
【权利要求】
1. 一种岩石断层剪切滑移大变形监测系统，包括磁性体￠)、磁传感探头（7)、磁场采 集主机（11)、RS232无线传输模块（12)和远程数据处理中心（14)，其特征在于：所述磁性 体（6)置于岩石断层（9)易滑移一侧的内部，所述磁传感探头（7)置于岩石断层的另一侧 的内部，所述磁传感探头（7)采集磁性体发射出的磁感应强度值并通过电缆（10)传输给所 述磁场采集主机（11)，再由RS232无线传输模块（12)远程传送至远程数据处理中心（14)， 远程数据处理中心将磁感应强度值计算成滑移位移。
2. 根据权利要求1所述的岩石断层剪切滑移大变形监测系统，其特征在于：所述磁 性体（6)包括钕铁硼永磁铁（1)和万向支架（2);所述万向支架（2)包括球体（2a)、外环 (2b)、内环（2c)和仓体（2d)，所述外环（2b)两端回转支承在球体（2a)内，内环（2c)两端 回转支承在外环（2b)内，仓体（2d)回转支承在内环（2c)内，所述球体（2a)、夕卜环（2b)和 内环（2c)同重心，所述外环（2b)、内环（2c)和仓体（2d)的回转轴线相互水平垂直；所述 钕铁硼永磁铁置于仓体（2d)内，所述钕铁硼永磁铁（1)和仓体（2d)的重心低于球体（2a) 的重心。
3. 根据权利要求2所述的岩石断层剪切滑移大变形监测系统，其特征在于：所述磁传 感探头（7)由四个呈正方形布置的三轴磁力计组成，所述四个三轴磁力计的XYZ轴方向相 同，其中两个位于X轴，另外两个位于Y轴。
4. 根据权利要求3所述的岩石断层剪切滑移大变形监测系统，其特征在于：所述磁 性体（6)还包括万向支架外的依次包围的隔震橡胶层（3)、环氧密封层（4)和混凝土外壳 (5)。
5. 根据权利要求4所述的一种岩石断层剪切滑移大变形监测方法，其特征在于：包括 如下步骤： 51) 在岩石断层的易滑动的一侧岩体钻孔埋设磁性体，在另一侧岩体钻孔埋设磁传感 探头，测量磁性体与磁传感探头中心连线的水平距离AL、高程差Ah，岩石断层厚度d; 52) 磁传感探头探测磁性体发出的磁感应强度，通过传输电缆传输至数据采集模块中 的磁场数据采集主机，再通过内嵌在数据采集模块中的RS232无线发射模块发送到远程数 据处理中心，远程数据处理中心计算剪切滑移： S2. 1)将磁传感探头检测到的磁性体发射出的磁感应强度计算成磁场梯度，计算如 下：
【文档编号】G08C17/02GK104061852SQ201410328037
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月9日 优先权日:2014年7月9日
【发明者】江胜华, 江文华, 吕高 申请人:江胜华