一种山体滑坡动态水准多点沉降测量系统及方法与流程

本发明涉及地质监测领域，尤其涉及一种山体滑坡动态水准多点沉降测量系统及方法。

背景技术：

沉降监测是山体滑坡一个重要的监测特征，现有山体滑坡监测方法主要有地表位移监测(即为高精度卫星导航定位)、裂缝计、深部位移测斜、土压力盒等监测方法，这些方法目前存在着应用范围局限、成本高、监测布点密度不足等问题，具体为：

一、高精度卫星导航定位测量以接收北斗、gps卫星信号进行差分rtk解算，用无线电测距原理，以2-3万公里的距离解算数毫米的定位精度；该方法存在接收机成本高、通讯费用高、解算软件算法难度大和不能普及推广的缺点。同时，由于卫星信号不能被遮挡，故对滑坡地形和植被覆盖的要求高，该方法不适合植被茂盛的山区。另外，卫星定位测量方法的沉降测量精度低于水平位移测量的精度，而，在滑坡监测中，沉降的监测是十分重要的监测指标之一。

二、裂缝计只能监测滑坡后缘拉张裂缝，监测区域有限，只能作为一种补充监测方法。

三、深部位移测斜是在山体中钻深孔安装测斜杆或测斜管，不仅施工成本高，而且监测点数量和监测点位置的选择会直接影响监测效果准确度。

四、土压力盒是配合治理工程安装在抗滑桩挡土面测量土体对抗滑桩压力的测量检测元件，土压力盒需要配合抗滑桩使用，不能作为应急监测使用。

对于潜在山体滑坡，滑动面较大，而在较大的滑动面上很难找到固定点作为基点用于安装测量设备，尽管高精度卫星导航定位测量的基准站可以安装的比较远，但安装距离与测量精度反比，安装距离越远，测量精度越低，故，上述方法存在均还存在一个主要问题：山体滑坡滑动面不易找到用于安装测量设备的固定点，测量设备的安装工艺要求高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种山体滑坡动态水准多点沉降测量系统及方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明所述山体滑坡动态水准多点沉降测量系统，所述系统包括：加压气罐压力控制单元、液位高度控制单元、电源和控制端；所述电源分别与所述加压气罐压力控制单元、所述液位高度控制单元和所述控制端供电连接，所述控制端分别与所述加压气罐压力控制单元和液位高度控制单元通信连接；所述加压气罐压力控制单元包括顺次连接的空气压缩机、电接点气压表和加压气罐，所述空气压缩机与所述电接点气压表之间设置第一电动阀门；所述液位高度控制单元包括储液罐和多个监测罐，所述储液罐设置在待测山体的坡底，多个所述监测罐从坡底至坡顶依次设置，相邻两个监测罐之间通过导管连通，所述储液罐与最先与所述储液罐连通的监测罐之间通过底部连通管连接；所述储液罐的顶部与所述加压气罐连通。

优选地，所述储液罐的顶端设置第三电动阀门；所述储液罐上设置液体压力计；所述储液罐与所述加压气罐之间设置第二电动阀门；所述储液罐的底部设置液体排空阀。

优选地，所述加压气罐的出气口与所述储液罐的顶端连通。

优选地，所述待测山体的山顶最高点设置一个监测罐a，且所述监测罐a的顶端设置排气口。

优选地，所述监测罐的主体结构为柱形结构，所述柱形结构的下端设置进液口，所述柱形结构的上端设置出液口；所述柱形结构的内部设置伸缩式液位传感器。

本发明所述基于山体滑坡动态水准多点沉降测量系统的测量方法，所述方法包括：

s1，在待测山体上完成山体滑坡动态水准多点沉降测量系统中各个测量装置的连接；

s2，对待测上体进行单次沉降测量监测，所述单次沉降测量监测包括液面升程测量和液面降程测量；

所述液面升程测量，具体为：加压开始，加压气罐内的压缩空气向储液罐内加压，储液罐内存储的液体的液面下降，液体顺着底部连通管依次流向待测山体上布置的监测罐中，直至山顶最高点设置的监测罐a被液体灌满时，加压停止，底部连通管内的空气从监测罐a的排气口排出；获取任意一个监测罐b从液体进入至被液体灌满过程中，监测罐b中液面的多个液位值和任意一个液位值对应的储液罐的液体压力测量值；在每个监测罐的液位值和该监测罐的液位值所对应的液体压力测量值的基础上，得到每个监测罐所在监测点的高程沉降变形值，将每个监测点的高程沉降变形值与每个监测点的历史高程值比对，得出待测山体是否滑坡；

所述液面降程测量，具体为：打开所述储液罐的第三电动阀门，将所述储液罐内的加压空气排出储液罐，在此过程中，监测罐a的液体内液面开始下降，直至所述底部连通管内的液体页面与所述储液罐的液体页面的高度相同；获取任意一个监测罐b内的液面在下降过程中，获取监测罐b的多个液位值和任意一个液位值对应的所述储液罐的液体压力测量值；在每个监测罐的液位值和该监测罐的液位值所对应的液体压力测量值的基础上，得到每个监测罐所在监测点的高程沉降变形值，将每个监测点的高程沉降变形值与每个监测点的历史高程值比对，得出待测山体是否滑坡；

液面下降停止，第三电动阀门关闭，完成对待测山体的单次沉降测量监测。

优选地，所述监测罐的主体结构为柱形结构，所述柱形结构的下端设置进液口，所述柱形结构的上端设置出液口；所述柱形结构的内部设置伸缩式液位传感器，所述储液罐上设置液体压力计。

优选地，所述伸缩式液位传感器的精度远高于液体压力计的精度，且所述伸缩式液位传感器的量程大于液体压力计的最小分辨率。

优选地，所述伸缩式液位传感器包括浮球、导杆和液位计，所述浮球滑动连接在所述导杆上，所述导杆的顶端连接所述液位计，所述导杆插入所述柱形结构内，且所述导杆的高度与所述柱形结构的内腔高度相同。

本发明的有益效果是：

本发明所述方法解决多点高程的测量，将原来的静态水准单点测量，变成动态的多点连续水准测量，特别适用于连续多个高程点的监测。比如山体滑坡的沉降位移监测。

本发明所述方法直接地测量得到山体滑坡高程方向的变化值，具有测量精度高、安装工艺要求低、适合山体滑坡沉降监测的特点。

本发明所述方法实现连续测量多个连续高程监测点，特别是监测罐内的液位计与储液罐内的液体压力计组合测量，大大提高了系统监测精度(亚毫米级)，满足地质滑坡监测规范的需求，为山体滑坡监测提供了较好的监测方法。并且本套系统体积不大，有必要可以埋于山体土壤内部浅层处，只留通气管道和散热空间即可，防止意外破坏和低温对液体测量的影响。

本发明所述方法中使用到的最高点的监测罐安装在山顶，本申请中山顶作为固定标志点，从而解决了需找固定点比较困难的问题。

附图说明

图1是山体滑坡动态水准多点沉降测量系统的结构示意图；

图2是监测罐的结构示意图；

图3是滑坡山体安装山体滑坡动态水准多点沉降测量系统的示意图；

其中：1是空气压缩机，2是第一电动阀门，3是电接点气压表，4是加压气罐，5是第二电动阀门，6是储液罐，7是液体压力计，8是液体排空阀，9是第三电动阀门，10是测量用液体，11是底部联通管，12-1、12-2、12-3、12-4、12-5均表示监测罐，13是排气口，14是浮子，15是导杆，16是液位计，17是待测山体，18是潜在的滑坡后缘裂缝。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

参照图1，本实施例所述山体滑坡动态水准多点沉降测量系统，所述系统包括：加压气罐压力控制单元、液位高度控制单元、电源和控制端；所述电源分别与所述加压气罐压力控制单元、所述液位高度控制单元和所述控制端供电连接，所述控制端分别与所述加压气罐压力控制单元和液位高度控制单元通信连接；所述加压气罐压力控制单元包括顺次连接的空气压缩机1、电接点气压表3和加压气罐4，所述空气压缩机1与所述电接点气压表3之间设置第一电动阀门2；所述液位高度控制单元包括储液罐6和多个监测罐，所述储液罐6设置在待测山体的坡底，多个所述监测罐从坡底至坡顶依次设置，相邻两个监测罐之间通过导管连通，所述储液罐6与最先与所述储液罐6连通的监测罐之间通过底部连通管11连接；所述储液罐6的顶部与所述加压气罐4连通。

在本实施例中，所述储液罐6的顶端设置第三电动阀门9；所述储液罐6上设置液体压力计7；所述储液罐6与所述加压气罐4之间设置第二电动阀门5；所述储液罐6的底部设置液体排空阀8。所述加压气罐4的出气口与所述储液罐6的顶端连通。所述待测山体的山顶最高点设置一个监测罐a，且所述监测罐a的顶端设置排气口13。所述监测罐的主体结构为柱形结构，所述柱形结构的下端设置进液口，所述柱形结构的上端设置出液口；所述柱形结构的内部设置伸缩式液位传感器。

关于本实施例所述系统的详细说明：

(一)关于加压气罐压力控制单元

空气压缩机1为山体滑坡动态水准多点沉降测量系统提供气压源，与第一电动阀门2和电接点气压表3共同组成加压气罐压力控制单元，保证加压气罐4内的保持足够的气压，为系统储能。

(二)监测循环启动时，第二电动阀门5打开，储液罐6内顶部的空气压力开始增加，其内的液体10液面受压开始下降，沿底部连通管11流向监测罐12-1，监测罐12-1内的液体液面逐渐上升，推动其内的浮球14顺着导杆15上升浮起，浮球14内有磁环与导杆15内磁导管感应，通过液位计16测出浮球高度变化过程，精度可以达到亚毫米级，所述浮球的高度变化是液体在监测罐12-1内的液面高度变化。同时，安装于储液罐6底部的液体压力传感器7测量储液罐6腔内底部液体压力，通过监测罐12-1内的液面高度变化和对应的储液罐6腔内底部液体压力换算得到监测罐12-1内浮球14的高程值。

(三)监测罐12-2至监测罐12-5的高程值的计算方法与监测罐12-1的计算方法相同。

通过加压气罐4给储液罐6加压的目的是使系统升压过程平稳可控，减小压力波动对液体压力计7的影响，通过不断加压，监测罐12-1内的液面高度不断上升，监测罐12-1满罐后液体继续上升，逐个到达监测罐12-2、监测罐12-3、监测罐12-4、监测罐12-5，每个监测罐监测过程一样，达到每个监测点的高程记录和比对的目的。加压过程中，底部连通管11内的空气从设置于山顶最高处的监测罐12-5的末端排出，液面到达监测罐12-5顶端时，加压停止，防止液面从监测罐12-5流出。

(四)参照图2，图2是滑坡山体安装布置示意图，17是可能会发生滑坡的山体，18是潜在的滑坡后缘裂缝，监测罐12-1、监测罐12-2、监测罐12-3、监测罐12-4布置在滑坡体上需要监测的位置，监测罐12-5布置在山顶稳定点，作为系统基准参考点。储液罐6、加压气罐4及空气压缩机1布置在山底稳定处。整个系统保证顺着底部连通管11流出的液体液面的高程逐渐升高的，以便液体10稳定流动，不要有空气滞留影响测量精度。

本实施例所述系统所选设备都可以是市场标准型号设备，通过合理选型，可以满足大部分滑坡山体量程需要，并且设备体积不大，预留好散热空间和通气管道，整个系统装置可以埋入山体地表之下，防止意外破坏和外界环境温度对系统的影响。本实施例所述系统方案可行，易于实现，具备应用价值。

实施例2

本实施例基于实施例1所述所述山体滑坡动态水准多点沉降测量系统的测量方法，所述方法包括：

s1，完成山体滑坡动态水准多点沉降测量系统中各个测量设置的连接；

s2，对待测上体进行单次沉降测量监测，所述单次沉降测量监测包括液面升程测量和液面降程测量；

所述液面升程测量，具体为：加压开始，加压气罐4内的压缩空气向储液罐6内加压，储液罐6内存储的液体10的液面下降，液体10顺着底部连通管11依次流向待测山体上布置的监测罐中，直至山顶最高点设置的监测罐a被液体灌满时，加压停止，底部连通管11内的空气从监测罐a的排气口13排出；获取任意一个监测罐b从液体进入至被液体灌满过程中，监测罐b中液面的多个液位值和任意一个液位值对应的储液罐6的液体压力测量值；在每个监测罐的液位值和该监测罐的液位值所对应的液体压力测量值的基础上，得到每个监测罐所在监测点的高程沉降变形值，将每个监测点的高程沉降变形值与每个监测点的历史高程值比对，得出待测山体是否滑坡

所述液面降程测量，具体为：打开所述储液罐6的第三电动阀门9，将所述储液罐6内的加压空气排出储液罐6，在此过程中，监测罐a的液体内液面开始下降，直至所述底部连通管11内的液体页面与所述储液罐6的液体页面的高度相同；获取任意一个监测罐b内的液面在下降过程中，获取监测罐b的多个液位值和任意一个液位值对应的所述储液罐6的液体压力测量值；在每个监测罐的液位值和该监测罐的液位值所对应的液体压力测量值的基础上，得到每个监测罐所在监测点的高程沉降变形值，将每个监测点的高程沉降变形值与每个监测点的历史高程值比对，得出待测山体是否滑坡；

s3，液面下降停止，第三电动阀门9关闭，完成单次沉降测量监测，等待下一次期沉降测量监测。

更详细的解释说明：

(一)所述监测罐的主体结构为柱形结构，所述柱形结构的下端设置进液口，所述柱形结构的上端设置出液口；所述柱形结构的内部设置伸缩式液位传感器，所述储液罐6上设置液体压力计7。

所述伸缩式液位传感器的精度远高于液体压力计7的精度，且所述伸缩式液位传感器的量程大于液体压力计7的最小分辨率。保证测量方法的测量精度提高到液位计16的测量精度水平，监测罐12-1内伸缩式液位传感器的测量值和同一时刻液体压力计的测量值的计算结果是监测罐12-1的高程记录值，与监测罐12-1所在监测点的历史数据比对，得到该监测点的变化情况，从而达到动态水准监测高程沉降的目的。

所述伸缩式液位传感器包括浮球14、导杆15和液位计16，所述浮球14滑动连接在所述导杆15上，所述导杆15的顶端连接所述液位计16，所述导杆15插入所述柱形结构内，且所述导杆15的高度与所述柱形结构的内腔高度相同。

(二)在每个监测罐中安装有伸缩式液位传感器，在储液罐的底部也安装有液体压力计，液位高度流经每个监测罐时，监测罐内的伸缩式液位传感器开始连续测量监测罐内的液面高度，直至该监测罐满液为止，监测罐的液位值与储液罐的液体压力计测量值共同组合，为该监测罐本次测量的高程值，所有监测罐测量完毕，得到滑坡体的所有监测点高程沉降变形值，与对应监测点的历史数据比较，得到待测山体是否存在滑坡。

(三)液面升程测量完毕，储液罐6顶部排气阀打开，将储液罐6内加压的气体排到大气中，最顶部的监测罐内液面开始下降，监测罐内的液位计继续工作，降程与升程一样再一次对各监测罐进行一次数值比对。直至最下方的监测罐监测完毕，导管内的液面与储液罐内的液面高度相同，液面下降停止，排气阀关闭，完成一次监测循环，等待下一周期监测。

(四)所述液面降程测量时，第三电动阀门9打开，储液罐6内的带有压力的气体逐渐排出，压力下降，液面开始回升，液体的液面从监测罐12-5中开始依次下降，下降过程中，每个监测罐中的伸缩式液位传感器继续工作，再次进行动态水准监测，回程监测过程更平稳准确，储液罐6内的气压降到与大气压一样时，底部连通管11内液体液面下降到与储液罐6内液体液面等高，回程结束，第三电动阀门9关闭。单监测循环结束，系统进入休眠状态，等待下一次监测循环。

液面升程测量和液面降程测量提高了监测精度。

(五)本实施例所述系统的测定为定期循环工作，频次根据监测需要可以远程调整，并可实现自动化测量。

本实施例中所述测量方法中，各监测罐内液位动态连续升高或动态连续降低，在动态变化过程中对监测罐逐个测量，获得多个监测点的高程数据，因为液位升程和液位降程均进行测量，减小监测误差。同时，又因为监测数据是通过储液罐的液体压力计和监测罐的伸缩式液位传感器的组合测量，故提高系统测量精度。使用压缩空气储能为测量方法的监测过程提供压力，使液位高度控制单元压力稳定容易控制。

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：

本发明所述方法解决多点高程的测量，将原来的静态水准单点测量，变成动态的多点连续水准测量，特别适用于连续多个高程点的监测。比如山体滑坡的沉降位移监测。

本发明所述方法直接地测量得到山体滑坡高程方向的变化值，具有测量精度高、安装工艺要求低、适合山体滑坡沉降监测的特点。

本发明所述方法实现连续测量多个连续高程监测点，特别是监测罐内的液位计与储液罐内的液体压力计组合测量，大大提高了系统监测精度(亚毫米级)，满足地质滑坡监测规范的需求，为山体滑坡监测提供了较好的监测方法。并且本套系统体积不大，有必要可以埋于山体土壤内部浅层处，只留通气管道和散热空间即可，防止意外破坏和低温对液体测量的影响。

本发明所述方法中使用到的最高点的监测罐安装在山顶，本申请中山顶作为固定标志点，从而解决了需找固定点比较困难的问题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。