一种错落地质灾害预警及防护系统的制作方法

本发明涉及地质灾害安全监测领域，尤其涉及一种错落地质灾害预警及防护系统。

背景技术：

错落是指陡崖、陡坎、陡坡等在重力和水的作用下，因危岩体与母岩连接部分的强度遭到破坏产生变形，危岩体沿一些近似垂直的破裂面发生整体下坐位移。它的特征是垂直位移量大于水平位移量。岩体发生错落变形若不及时进行加固和预警极易发展成为滑坡，从而引发险情。

近年来由错落地质灾害导致的一些安全事故给人民的生命与财产安全造成了巨大损失。目前,在国内基本上没有实现对于错落地质灾害的安全自动化监测预警及防护,安全数据的整理与分析更是滞后于生产与工程运行的需要，对错落式岩体的安全管理,运行的主要技术参数如岩体变形位移、浸润线埋深等,都是采取人工巡检和人工携带仪器设备到现场实地测量相关数据,然后由工作人员手工整理后生成报表以供分析、管理、决策应用的方式,此种方式数据采集周期长,且精度完全依赖观测人员的工作经验,不能做到实时、真实反映出实际情况。有鉴于此,错落地质灾害预警及防护系统的研发、设计运营对错落式地质的稳定安全至关重要。

鉴于上述现有技术存在的缺陷，我们发明了一种错落地质灾害预警及防护系统，该发明一方面结构简单，操作方便,警示效果明显。另一方面，本预警及防护系统不仅可以主动防护坡面起到加固岩体的效果，而且可以得到错落岩体内部变形相关信息，数据全面且较为精确,实现了多参数的同时检测，在失稳时及时预警。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种错落地质灾害预警及防护系统，通过预警及防护系统对待测错落切层滑坡主体内侧各局部应力应变、滑体水位线、滑体浸润线、岩体内侧温度数据进行实时监测，并根据实时数据由简化bishop算法计算出错落切层滑坡主体监测主断面安全稳定系数，从而对错落地质的岩体实现主动防护、远程监测和快速预警。

为了实现本发明的目的,本发明采用的技术方案为：一种错落地质灾害预警及防护系统，包括包括待测错落切层滑坡主体、岩体环状防护钢丝1、供电装置2、岩体内侧安全数据采集装置3、岩体局部安全数据处理箱4、本地监测中心5、远程网络监控终端6、电缆7、预应力锚索8，其特征在于：所述岩体环状防护钢丝1布置在所述待测错落切层滑坡主体的错落带上，钢丝两端通过预应力锚索8固定在岩体内部稳固岩层上；所述岩体内侧安全数据采集装置3由多个电阻式半导体应变片31、水位传感器32、温度传感器33组成，所述多个电阻式半导体应变片31、水位传感器32、温度传感器33阵列设置在岩体环状防护钢丝1外侧；所述岩体内侧安全数据采集装置3通过电缆7分别和与其相邻的采集传感器装置连接，所述岩体内侧安全数据采集装置3一侧的岩体上部设置有供电装置2；所述岩体内侧安全数据采集装置3收集的信息传递给所述岩体局部安全数据处理箱4，所述岩体局部安全数据处理箱4设置有信号解调仪和无线传输单元42，所述岩体局部安全数据处理箱4将岩层信息传输到本地监测中心5，所述本地监测中心5设置有无线通讯模块、判定单元和预警单元，所述本地监测中心5将信息发送到远程网络监控终端6。

所述岩体环状防护钢丝1布置在所述待测错落切层滑坡主体的错落带上，所述岩体环状防护钢丝1的材质为304不锈钢，规格为直径8.0mm(7*19)，钢丝两端通过预应力锚索8固定在岩体内部稳固岩层上，所述预应力锚索8靠锚头通过岩体软弱结构面的孔锚入岩体内，把岩体环状防护钢丝1、滑体与稳固岩层联在一起。

所述电阻式半导体应变片31、水位传感器32、温度传感器33通过固定支架34和弹簧垫35呈阵列式设置在所述岩体环状防护钢丝1外侧。

所述供电装置2由太阳能发电板和蓄电池组成，并对所述岩体内侧安全数据采集装置3通过所述电缆7进行供电。

所述多个电阻式半导体应变片31、水位传感器32、温度传感器33通过电缆7分别和与其相邻的采集装置连接，通过所述电阻式半导体应变片31、水位传感器32、温度传感器33可测量待测错落切层滑坡主体内侧各局部应力应变、滑体水位线、滑体浸润线、岩体内侧温度数据。

多个相互连接的电阻式半导体应变片31、水位传感器32、温度传感器33一侧连接有岩体局部安全数据处理箱4，所述岩体局部安全数据处理箱4内设置有信号解调仪和无线传输单元，所述信号解调仪将电阻式半导体应变片31、水位传感器32、温度传感器33传递过来的图像信号进行消噪、放大、信号标准化处理后通过无线传输单元42发送给本地岩体监测中心5。

所述本地岩体监测中心5由无线通讯模块、判定单元52和预警单元组成，所述无线通讯模块用于接收岩体局部安全数据处理箱4传来的滑体信息，所述判定单元将接收到的滑体各局部应力应变、滑体水位线、滑体浸润线、岩体内侧温度数据通过简化bishop法计算出错落切层滑坡主体监测主断面安全稳定系数，所述判定单元将所得错落切层滑坡主体监测主断面安全稳定系数与所设定的安全阈值进行对比，所述判定单元与报警单元连通，当计算得出的安全稳定系数超过设定的安全阈值时，报警单元进行报警，所述无线通讯模块连接4g网络，并经移动公网将信息传递给远程网络监控终端6。

根据得到的所述待测错落切层滑坡主体监测主断面各局部应力应变、滑体水位线、滑体浸润线、岩体内侧温度数据，结合应力应变关系，根据渗流作用下简化bishop法计算得滑体安全稳定系数为：

式中，孔隙水压力：nwi＝γwhiwlicosαi

渗透压力产生的平行滑面分力为：tdi＝γwhiwlisinβicos(αi-βi)

渗透压力产生的垂直滑面分力为：rdi＝γwhiwlisinβisin(αi-βi)

式中：wi为第i条块的重量(kn/m)，ci为第i条块内聚力(kpa)，φ为第i条块内摩擦角(°)li为第i条块滑面长度(m)，αi为第i条块滑面倾角(°)，βi为第i条块地下水线与滑面的夹角(°)，a为地震加速度(重力加速度g)，kf为稳定系数。

本发明的有益效果在于：

(1)解决了现有错落地质灾害预警技术的诸如数据采集周期长、精度不够、成本高、数据不全面等的问题；

(2)采用本系统进行监测时，可以同时监测待测错落切层滑坡主体内侧各局部应力应变、滑体水位线、滑体浸润线、岩体内侧温度数据以及岩体整体和局部的实时变形，使系统更具实用性；

(3)环状防护钢丝能主动防护坡面，对错落岩体及滑坡变形进行主动加固；

(4)实现了错落地质灾害的远程实时监测预警。

附图说明

下面结合附图和实施案例对本发明做进一步的说明。

图1为本发明的系统结构图；

图2为系统示意图；

图3体内侧安全数据采集装置安装示意图。

其中，1－岩体环状防护钢丝，2－供电装置，3－岩体内侧安全数据采集装置，4－岩体局部安全数据处理箱，5－本地监测中心，6－远程网络监控终端，7－电缆，8－预应力锚索。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

参见图1—2。

本发明公开了一种错落地质灾害预警及防护系统，包括包括待测错落切层滑坡主体、岩体环状防护钢丝1、供电装置2、岩体内侧安全数据采集装置3、岩体局部安全数据处理箱4、本地监测中心5、远程网络监控终端6、电缆7、预应力锚索8，其特征在于：所述岩体环状防护钢丝1布置在所述待测错落切层滑坡主体的错落带上，钢丝两端通过预应力锚索8固定在岩体内部稳固岩层上；所述岩体内侧安全数据采集装置3由多个电阻式半导体应变片31、水位传感器32、温度传感器33组成，所述多个电阻式半导体应变片31、水位传感器32、温度传感器33阵列设置在岩体环状防护钢丝1外侧；所述岩体内侧安全数据采集装置3通过电缆7分别和与其相邻的采集传感器装置连接，所述岩体内侧安全数据采集装置3一侧的岩体上部设置有供电装置2；所述岩体内侧安全数据采集装置3收集的信息传递给所述岩体局部安全数据处理箱4，所述岩体局部安全数据处理箱4设置有信号解调仪和无线传输单元，所述岩体局部安全数据处理箱4将岩层信息传输到本地监测中心5，所述本地监测中心5设置有无线通讯模块、判定单元和预警单元，所述本地监测中心5将信息发送到远程网络监控终端6。

所述岩体环状防护钢丝1布置在所述待测错落切层滑坡主体的错落带上，所述岩体环状防护钢丝1的材质为304不锈钢，规格为直径8.0mm(7*19)，钢丝两端通过预应力锚索8固定在岩体内部稳固岩层上，所述预应力锚索8靠锚头通过岩体软弱结构面的孔锚入岩体内，把岩体环状防护钢丝1、滑体与稳固岩层联在一起，从而主动加固坡面，稳固岩体。

所述电阻式半导体应变片31、水位传感器32、温度传感器33通过固定支架34和弹簧垫35呈阵列式设置在所述岩体环状防护钢丝1外侧。

所述供电装置2由太阳能发电板和蓄电池组成，并对所述岩体内侧安全数据采集装置3通过所述电缆7进行供电。

所述多个电阻式半导体应变片31、水位传感器32、温度传感器33通过电缆7分别和与其相邻的采集装置连接，通过所述电阻式半导体应变片31、水位传感器32、温度传感器33可测量待测错落切层滑坡主体内侧各局部应力应变、滑体水位线、滑体浸润线、岩体内侧温度数据。

多个相互连接的电阻式半导体应变片31、水位传感器32、温度传感器33一侧连接有岩体局部安全数据处理箱4，所述岩体局部安全数据处理箱4内设置有信号解调仪和无线传输单元42，所述信号解调仪将电阻式半导体应变片31、水位传感器32、温度传感器33传递过来的图像信号进行消噪、放大、信号标准化处理后通过无线传输单元42发送给本地岩体监测中心5。

所述本地岩体监测中心5由无线通讯模块、判定单元和预警单元组成，所述无线通讯模块用于接收岩体局部安全数据处理箱4传来的滑体信息，所述判定单元将接收到的滑体各局部应力应变、滑体水位线、滑体浸润线、岩体内侧温度数据通过简化bishop法计算出错落切层滑坡主体监测主断面安全稳定系数，所述判定单元将所得错落切层滑坡主体监测主断面安全稳定系数与所设定的安全阈值进行对比，所述判定单元与报警单元连通，当计算得出的安全稳定系数超过设定的安全阈值时，报警单元进行报警，所述无线通讯模块连接4g网络，并经移动公网将信息传递给远程网络监控终端6。

根据得到的所述待测错落切层滑坡主体监测主断面各局部应力应变、滑体水位线、滑体浸润线、岩体内侧温度数据，结合应力应变关系，根据渗流作用下简化bishop法计算得滑体安全稳定系数为：

式中，孔隙水压力：nwi＝γwhiwlicosαi

渗透压力产生的平行滑面分力为：tdi＝γwhiwlisinβicos(αi-βi)

渗透压力产生的垂直滑面分力为：rdi＝γwhiwlisinβisin(αi-βi)

式中：wi为第i条块的重量(kn/m)，ci为第i条块内聚力(kpa)，φ为第i条块内摩擦角(°)li为第i条块滑面长度(m)，αi为第i条块滑面倾角(°)，βi为第i条块地下水线与滑面的夹角(°)，a为地震加速度(重力加速度g)，kf为稳定系数。

本发明的使用原理简述如下：

如图1所示，一种错落地质灾害预警及防护系统结构图：所述岩体环状防护钢丝1间隔一定的垂直距离(依据错落地质坡度及长度而定)布置在所述待测错落切层滑坡主体的错落带上，钢丝两端通过预应力锚索8固定在岩体内部稳固岩层上；所述岩体内侧安全数据采集装置3由多个电阻式半导体应变片31、水位传感器32、温度传感器33组成，多个监测传感器呈阵列设置在岩体环状防护钢丝1外侧；所述供电装置2包括太阳能发电板、蓄电池为整个错落地质灾害预警及防护系统供电；所述岩体内侧安全数据采集装置3收集的信息通过电缆7传递给所述岩体局部安全数据处理箱4，所述岩体局部安全数据处理箱4将岩层信息传输到本地监测中心5，所述本地监测中心5通过无限通信将信息发送到远程网络监控终端6；

如图2所示，一种错落地质灾害预警及防护系统示意图；

1.岩体环状防护钢丝1间隔一定的垂直距离(依据错落地质坡度及长度而定)布置在待测错落切层滑坡主体的错落带上，多个绕岩体的防护钢丝形成整体错落岩体防护网，用于在岩体发生错落变形时主动防护坡面，加固岩层，为预警和抢险争取时间；

2.岩体局部安全数据采集装置3主要通过电阻式半导体应变片31、水位传感器32、温度传感器33工作，可准确测量其所在位置的待测待测错落切层滑坡主体内侧各局部应力应变、滑体水位线、滑体浸润线、岩体内侧温度数据；多个电阻式半导体应变片31、水位传感器32、温度传感器33呈阵列式设置在岩体环状防护钢丝1外侧；各个电阻式半导体应变片31、水位传感器32、温度传感器33之间通过电缆7连接，最终连入岩体局部安全数据处理箱4；

3.岩体局部安全数据处理箱4通过收集单元接收岩体局部安全数据采集装置3传来的变形相关数据，通过无线传输单元传输到本地监测中心5；本地监测中心5通过判定单元判定接收到的变形数据，若监测数据超过设定的安全阈值时，则通过报警单元发出报警信息；

4.对整个错落地质灾害预警及防护系统用太阳能发电板21和蓄电池22进行集中供电，本地岩体监测中心5通过判定单元将接收到的内侧各局部应力应变、滑体水位线、滑体浸润线、岩体内侧温度数据、变形数据通过简化bishop算法计算出错落切层滑坡主体监测主断面安全稳定系数，并与所设定的安全阈值进行对比，从而判定该断面稳定性是否满足规范要求，并利用gprs无线通信将变形数据及报警信息发送至远程网络监控终端6，实现远程实时监测；

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。