的空间内形成良好耦合，同时波导管6需要贯穿滑动面;换能器2与由压电晶体制成的传感器3相连接;然后在钻孔内按深度均匀回填角砾状粗颗粒土 5，并进行击实;在钻孔顶部自上而下使用膨润土进行充填，形成一个膨润土灌浆塞4;最后，在仪器顶端施加顶板盖1，保护实验设备，保证测试在稳定的环境下进行。采用该设备，具有原位，连续，快速，精确等特点，为岩土工程实践提供有力的监测工具。
[°02°]金属有源波导管6的管径为50mm，管壁厚度为3mm;单根管的长度为3m，可根据钻孔深度的不同增加或减少管的根数，两根管之间通过螺纹旋转连接。
[0021]在钻孔内有源波导管6四周按深度均匀回填的角砾状粗颗粒土5粒径为5-10mm;且钻孔顶部膨润土灌浆塞4的高度为0.3m。
[0022]有源波导管6需要贯穿滑动面b，并高出边坡地表a约0.4m，与顶板盖1形成封闭稳定空间，在其内安置换能器2和声发射传感器3。
[0023]在可控范围内，变形增加的速率可以使有源波导模型下产生的声发射速率按一定的比例同步增长。声发射速率则通常定义为单位时间内的声发射信号波穿越一个预先定好的电压临界值(阀值电压)的次数。本发明最适用于土质边坡，当边坡土体沿着剪切面发生变形时，将会带动钻孔内的回填角砾状土体产生变形，从而产生高能量的可检测的声发射信号。
[0024]基于边坡变形的速率和由有源波导产生的声发射速率之间的经验关系，可以定义一个比例系数Cp:
[0025]AErateOcVelocity
[0026]AErate = CP X Velocity
[0027]其中AErate为声发射速率，Ve1 o c i ty为边坡变形的速率，CP为比例系数；
[0028]有源波导管内的产生的变形随着土颗粒之间，亦或是颗粒与波导之间的相互作用而增加。每一次相互作用都会形成一次瞬时声发射信号;这些瞬时声发射信号沿着波导叠加繁衍，最终被地表处的声发射传感器收集监测。因此，声发射速率随着边坡变形速率的变化情况便能够被这套系统监测。其中的比例系数CP便是系统灵敏性的衡量指标，并且CP主要受三点因素的影响:一是传感器精度，由信号增幅器和电压临界水平的控制;二是剪切面的深度，这点能够影响AE信号经波导自下而上传播的衰减程度;三是有源波导的特性，例如管形和回填材料的性质。
[0029]鉴于此处的AE并不是直接由土质边坡本身产生的，一个独立于土坡自身性质的边坡变形速率与声发射速率的关系被运用于有源波导的设计中去。本发明分析并假定了边坡变形与声发射速率之间的线性关系。声发射速率是声发射能量关于时间的衍生物，速率是变形关于时间的衍生物。因此，能够由声发射速率与时间的关系得出变形速率的关系，变形过程中的每一个时间点都同时存在一个声发射速率和一个相应的边坡变形速率，这就使得边坡变形速率与声发射速率之间的线性关系成为可能。
[0030]因此能够通过本发明获取连续、可靠、真实的细颗粒土质边坡的声发射信号数据，通过声发射速率与边坡变形速率之间的线性关系，对边坡的稳定性进行有效监测。
【主权项】
1.一种利用声发射技术的土坡稳定性监测仪，整个土质边坡的构成包括最上层的边坡地表(a)，底层的边坡滑动面(b)，设置于边坡滑动面(b)下方的稳定土层(c)，以及边坡地表(a)和滑动面(b)之间的边坡滑动体(d);其特征在于，该监测仪包括:顶板盖(1)，换能器(2)，声发射传感器(3)，膨润土灌浆塞(4)，角砾状的粗颗粒充填土(5)，有源波导管(6);其中， 顶板盖(1)包括横板和自横板向下延伸的且相对的一对竖板，该横板和竖板形成稳定的封闭空间；声发射传感器(3)安装于任一竖板的内表面;换能器(2)与该声发射传感器(3)相连； 有源波导管(6)设置在两个竖板之间，用于对细颗粒土体中的声发射信号进行监测，一方面通过内置能源有效加强了声发射信号，另一方面将边坡滑动面(b)产生的声发射信号波行进的路径限制在仅能发生反射的有源波导管(6)中，避免信号在边坡滑动土体(d)中传播的损耗； 角砾状的粗颗粒土体(5)密实充填在有源波导管(6)的周围，使得边坡在发生形变时产生相对较强的声发射信号；在角砾状的粗颗粒充填土 (5)顶部充填形成一个膨润土灌浆塞(4)，且该膨润土灌浆塞(4)环绕有源波导管(6); 将换能器(2)与有源波导管(6)良好耦合，并在顶板盖(1)形成的稳定封闭空间内与声发射传感器(3)进行连接。2.根据权利要求1所述的利用声发射技术的土坡稳定性监测仪，其特征在于，有源波导管(6)位铜铝材质，且其管径为50mm，管壁厚度为3mm;单根波导管(6)的长度为3m，根据钻孔深度的不同增加或减少波导管(6)的根数，两根波导管(6)之间通过螺纹旋转连接。3.根据权利要求1所述的利用声发射技术的土坡稳定性监测仪，其特征在于，在有源波导管(6)四周按深度均匀回填的角砾状粗颗粒土 (5)粒径为5-10mm;且膨润土灌浆塞(4)的高度为0.3m。4.根据权利要求1所述的利用声发射技术的土坡稳定性监测仪，其特征在于，有源波导管(6)需要贯穿滑动面(b)，并高出边坡地表(a)0.4m，与顶板盖(1)形成封闭稳定空间，在其内安置换能器(2)和传感器(3)。
【专利摘要】本发明公布了一种利用声发射技术的土坡稳定性监测仪，整个土质边坡的构成包括最上层的边坡地表(a)，底层的边坡滑动面(b)，设置于边坡滑动面(b)下方的稳定土层(c)，以及边坡地表(a)和滑动面(b)之间的边坡滑动体(d)；其特征在于，该监测仪包括：顶板盖(1)，换能器(2)，声发射传感器(3)，膨润土灌浆塞(4)，角砾状的粗颗粒充填土(5)，有源波导管(6)；其中，顶板盖(1)包括横板和自横板向下延伸的且相对的一对竖板，该横板和竖板形成稳定的封闭空间；声发射传感器(3)安装于任一竖板的内表面。采用该设备，具有原位，连续，实时，精确等特点，为地质灾害边坡稳定性提供有力的监测手段。
【IPC分类】E02D1/00
【公开号】CN105421326
【申请号】CN201510933757
【发明人】杨岩, 蔡国军
【申请人】东南大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月15日