一种滑坡推力监测装置、组件及监测方法

本发明涉及测量装置，具体提供了一种滑坡推力监测装置、组件及监测方法。

背景技术：

1、滑坡是一种常见的地质灾害，对边坡进行滑坡监测预警对于减少滑坡的危害尤为重要。目前滑坡监测以几何监测、物理监测和外部扰动因素监测为主，如变形位移监测、地下水监测和降雨量监测等。滑坡发生与否决定于滑坡“下滑力”和“抗滑力”之间的平衡状态变化，若下滑力超过了抗滑力，那么便会导致滑面贯通进而发生滑坡。因而，基于力学指标的边坡监测预警方法有望比传统边坡变形监测预警方法更具有超前性。已有学者在这方面做了探索研究，何满潮等人在文献“滑坡地质灾害远程监测预报系统及其工程应用，岩石力学与工程学报，第6期第28卷，2009年6月”中牛顿力双体灾变模型，解释了边坡由变形到灾变的力学模式，在文献“滑坡地质灾害牛顿力远程监测预警系统及工程应用，岩石力学与工程学报，第11期第40卷，2021年11月”中何满潮等人进一步提出了滑坡灾变牛顿力监测预警技术，该技术包括负泊松比（npr）恒阻大变形锚索、应力传感器、数据采集器、数据发射装置数据接收端，监测时，将npr锚索锚固在基岩中并对其施加预应力，在npr锚索端头安装应力传感器，临滑时会出现牛顿力突降的现象，通过监测锚索应力捕捉牛顿力的变化进而实现滑坡预警。

2、然而，牛顿力的监测采用的传统电学类锚索测力计，通过锚索测力计检测锚索的受力。当锚索拉紧埋入地层的锚杆，该类传感器只能测量锚索的整体受力，锚索的受力为外界施加于锚索用于拉紧锚杆的拉力，当锚索受力发生变化时，则说明滑坡力出现变化，可能出现滑坡现象。所以，检测锚索整体受力并不能准确监测到滑坡力的大小，仅能监测到滑坡力是否改变，无法根据滑坡力对边坡作出准确的加固处理。

技术实现思路

1、本发明提供一种滑坡推力监测装置、组件及监测方法，用于解决现有技术无法准确获得滑坡力，从而无法准确对边坡作出加固处理的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种滑坡推力监测装置，包括桩体和至少一个推力监测单元，所述推力监测单元设置于所述桩体侧面，所述推力监测单元包括壳体、感力膜片、支架和第一光纤光栅，所述感力膜片与所述壳体连接，所述感力膜片与两个支架连接，所述支架设置于壳体内部，所述第一光纤光栅分别与两个支架连接，两个所述支架之间的第一光纤光栅处于绷直状态，所述壳体与所述桩体连接。

4、在本方案中，采用推力监测单元的感力膜片感应滑坡力，并将滑坡力转化为感力膜片的形变量，而当感力膜片发生形变时，感力膜片内侧的两个支架间距会增加，从而拉伸与两个支架连接的第一光纤光栅，当第一光纤光栅受到拉伸后，第一光纤光栅传导的光栅波长则会发生变化。所以，通过第一光纤光栅的波长变化即可计算得到滑坡力的大小。只需要在安装过程中将感力膜片正对滑坡方向，地层的其它作用力会作用于壳体，而不会作用于感力膜片。因此感力膜片的形变量即可准确反应出滑坡力的大小，通过第一光纤光栅的波长变化即可获得准确的滑坡力。

5、各推力监测单元沿所述桩体轴线方向设置。

6、在本方案中，当桩体上设置有两个以上的推力监测单元时，将各个推力监测单元沿桩体的轴线方向设置。当桩体以竖直或者倾斜的角度插入坡体内，通过轴线方向上各个推力监测单元可以获得坡体不同深度的滑坡力大小。而设置两个以上的推力监测单元，则可以监测不同深度地层的滑坡力，得到不同深度地层的滑坡力分布状态。

7、所述桩体内设置有光纤通道，所述光纤通道沿所述桩体轴向设置，所述第一光纤光栅通过线缆与外界设备连接，所述线缆设置于光纤通道内。

8、在本方案中，在桩体内设置光纤通道，可以便于与第一光线光栅连接的线缆走线，避免线缆与地层接触，避免线缆受到地层作用力而损坏。

9、所述推力监测单元还包括第二光纤光栅，所述第二光纤光栅设置于所述壳体内。

10、在本方案中，当环境温度出现变化时，第一光纤光栅和第二光纤光栅中的光栅波长都会出现变化，由于第一光纤光栅和第二光纤光栅都位于壳体内，因此可以通过第二光纤光栅中光栅波长的变化确定温度对光栅波长造成的影响。所以在通过第一光纤光栅计算滑坡力时，可以通过第二光纤光栅的光栅波长变化消除环境温度变化造成的误差，提高获得的滑坡力精度。

11、所述桩体表面设置有应力传感单元，用于监测所述桩体的应力状态。

12、在本方案中，设置应力传感单元监测桩体承受的应力，获得桩体是否处于承受滑坡力的状态。若桩体出现断裂等情况，那么桩体上推力监测单元受到的滑坡力也就不准确。所以，在通过应力传感单元确定桩体状态，可以避免桩体损坏而计算得到错误的滑坡力。

13、所述桩体设置有通槽，所述通槽轴向设置，所述应力传感单元设置于通槽内。

14、在本方案中，将应力传感单元设置于通槽内，可以避免应力传感单元受到地层作用而损坏。通槽沿桩体轴向设置，可以对桩体各个位置进行监测，便于判断桩体各个部位上的推力监测单元获得的数值是否准确。

15、所述桩体应力传感单元包括刻有至少一个光栅的第三光纤。

16、在本方案中，通过第三光纤中传导的光栅波长变化来反映桩体的状态，可以与推力监测单元采用相同的系统进行计算，提高通用性，降低监测难度。

17、一种滑坡推力监测组件，包括上述的监测装置，所述监测装置的桩体两端设置有可连接的接头，所述接头用于与其它监测装置或固定桩连接。

18、在本方案中，由至少一个监测装置与固定桩组成的监测组件，可以根据坡体的滑坡面深度组装监测组件，可以在监测组件上组装一个或者多个监测装置，从而确保监测装置能够贯穿滑坡面，从而对滑坡面各个位置进行监测。监测装置可以根据需要组装成任何长度，所以可以减小单个监测装置的长度，便于运输和降低成本。

19、一种滑坡推力监测方法，使用上述的滑坡推力监测组件进行监测，包括以下步骤：

20、s1、确定边坡所需要的监测组件数量；

21、s2、在边坡埋入监测组件，使监测组件上的推力监测单元正对滑坡滑动方向；

22、s3、将监测组件中的监测装置贯穿边坡的滑坡面；

23、s4、采用感力膜片将滑坡力转化为感力膜片的形变量；

24、s5、分别在感力膜片上设置两个支架，将感力膜片的形变量转化为两个支架的间距变化；

25、s6、将第一光纤光栅分别与两个支架连接，两个支架间距改变拉伸第一光纤光栅，使第一光纤光栅的光栅波长变化，接收并记录第一光纤光栅的光栅波长变化；

26、s7、接收并记录第二光纤光栅的光栅波长变化，获得环境温度对光栅波长的影响；

27、s8、根据第一光纤光栅的光栅波长变化与第二光纤光栅的光栅波长变化计算得到滑坡力的推力值。

28、在本方案中，采用感力膜片将滑坡力转化为感力膜片的形变量，再将感力膜片的形变量转化为两个支架的间距变化，最终将两个支架的间距变化转化为第一光纤光栅的拉伸量。感力膜片正对滑坡方向，感力膜片的形变量仅受到滑坡力的作用，所以在通过第一光线光栅计算滑坡力时，可以得到准确的滑坡力的推力值。

29、沿监测装置轴线方向设置第三光纤，第三光纤设置有至少一个光栅，监测第三光纤中光栅波长的变化，判断监测装置获得的信号是否准确。

30、在本方案中，通过第三光纤传导的光栅波长的变化，可以确定监测装置的状态，从而确定监测装置的状态是否稳定可靠。

31、本发明的有益效果：

32、本发明设置有感力膜片，通过感力膜片的形变来反馈滑坡力的大小，通过在感力膜片上设置两个支架，再将感力膜片的形变量转化为两个支架的间距变化，采用第一光纤光栅的光栅波长变化来反映支架的间距变化。而通过光栅波长的变化，可以计算出滑坡力的大小，因为感力膜片只收到滑坡力的作用，因此通过光栅波长计算出的滑坡力大小更精确可靠。