一种考虑基质吸力的多功能边坡监测预警设备

本发明涉及边坡防护，尤其涉及一种考虑基质吸力的多功能边坡监测预警设备。

背景技术：

1、我国是地质灾害多发的国家，据统计90％的均为滑坡灾害。在调查研究中发现,由于降雨引起的滑坡数量要占大多数，且自然界中的边坡多为非饱和土边坡。基质吸力是滑坡土体力学强度的重要影响因素，非饱和土体基质吸力产生的拉应力使土颗粒相互聚集在一起，具有一定硬化土体、增强抗剪强度的作用，有利于滑坡稳定。根据非饱和土力学理论，非饱和土的抗剪强度、体变以及沉降量计算都与基质吸力有关。因此，研究考虑基质吸力的降雨型滑坡监测预警具有重要的意义。

2、降雨在入渗过程中，由浅到深浸润滑坡土体，使其含水率增加，基质吸力减小，导致滑坡的稳定性降低。因此，在非饱和状态下基质吸力对滑坡稳定性的影响尤为明显。研究边坡在降雨作用下发生失稳破坏的机理以及进行监测预警,是当前亟待解决的一个工程实际问题。目前的滑坡监测预警系统仍然存在着一定程度上的不足，例如：

3、①随着降雨监测预警设备的发展，但是由于监测设备昂贵、安装复杂、降雨量临界值不具有普适性等特点使得相关技术的推广和大面积使用十分困难；

4、②滑坡监测预警方法目前主要采用降雨临界值预警，主要建立在坡面渗流水文模型的基础上，只是基于对降雨数据的监测，而忽略了坡体在渗流过程中应力场改变所引起的结构加速破坏过程，所以不能精确反应降雨对滑坡稳定性的影响，以至于不能提出精确的临界值域。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种考虑基质吸力的多功能边坡监测预警设备，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种考虑基质吸力的多功能边坡监测预警设备，包括：

3、主体外壳，所述主体外壳的内部设置有输送管道；

4、张力计，所述张力计安装在所述主体外壳的底端，所述输送管道与所述张力计连通，所述张力计用于测量土壤基质的吸力；

5、数据采集传输装置，所述数据采集传输装置固定安装在所述主体外壳上，所述数据采集传输装置通过电路与所述张力计连接，所述数据采集传输装置用于将收集到的测量数据传输到外部终端；

6、电源，所述电源用于为设备供电。

7、优选的，还包括：

8、金属盒，所述金属盒固定安装在所述主体外壳的外壁上，所述数据采集传输装置安装于所述金属盒内。

9、优选的，所述数据采集传输装置包括：

10、三轴加速度计，所述三轴加速度计固定安装在所述金属盒中，所述三轴加速度计用于对土壤变形数据进行监测，其中，土壤变形数据包括加速度、角速度及角度；

11、微控制器，所述微控制器用于收集所述张力计的原始测量数据并记录；

12、无线收发器，所述无线收发器与所述微控制器电性连接，所述无线收发器用于将收集到的原始测量数据传输到外部终端；

13、天线，所述天线与所述无线收发器电性连接，所述天线用于传输无线数据信号；

14、所述微控制器、所述无线收发器、所述天线均固定安装在所述三轴加速度计上，所述金属盒内填充有防水胶。

15、优选的，所述三轴加速度计采用mems电容式加速度计。

16、优选的，所述金属盒通过可调节绑带固定在所述主体外壳上。

17、优选的，所述输送管道外壁上套设有连接螺帽，所述连接螺帽与所述主体外壳的顶端通过螺栓连接固定；所述主体外壳内部填充有防水热熔胶。

18、优选的，所述主体外壳为亚力克管，所述输送管道为玻璃管。

19、优选的，所述电源包括：

20、太阳能板，所述太阳能板安装在所述主体外壳的顶部；

21、电池，所述电池设置于所述金属盒中，所述电池通过电路与所述太阳能板连接。

22、优选的，所述电源还包括：

23、电源管理器，所述电源管理器用于根据各个用电器具要求调整所述电池的电压。

24、优选的，所述微控制器电性连接有空气温湿度传感器，所述空气温湿度传感器设置于所述主体外壳的外侧。

25、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

26、1、传统滑坡监测预警范围大部分是在饱和土体状态下，而本发明不仅可以应用到饱和土体中，同样可以应用到非饱和状态下坡体的变形及坡体内的应力场中，从而进行监测预警。

27、2、本发明通过在监测降雨数据来了解滑坡前兆的基础上，通过张力计监测与地面应力应变响应相关的基于土壤的变量，来显著提高传统滑坡预警系统的准确性，解决了之前滑坡预警系统出现预警精度低的问题。

28、3、本发明结合了张力计和安装在张力计轴顶部的三轴加速度计，将滑坡破坏前变形与基质吸力监测，坡体变形与坡体应力场相结合，为边坡破坏的早期预警系统提供基于坡体应力场及变形的阈值，降低了预警阈值误差，提高监测预警精度。

29、4、本发明能够实现自控制、自采集、自传输的工作模式。

技术特征：

1.一种考虑基质吸力的多功能边坡监测预警设备，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的考虑基质吸力的多功能边坡监测预警设备，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求2所述的考虑基质吸力的多功能边坡监测预警设备，其特征在于，所述数据采集传输装置包括：

4.根据权利要求3所述的考虑基质吸力的多功能边坡监测预警设备，其特征在于，所述三轴加速度计(8)采用mems电容式加速度计。

5.根据权利要求2所述的考虑基质吸力的多功能边坡监测预警设备，其特征在于，所述金属盒(4)通过可调节绑带固定在所述主体外壳(5)上。

6.根据权利要求1所述的考虑基质吸力的多功能边坡监测预警设备，其特征在于，所述输送管道(1)外壁上套设有连接螺帽(2)，所述连接螺帽(2)与所述主体外壳(5)的顶端通过螺栓连接固定；所述主体外壳(5)内部填充有防水热熔胶。

7.根据权利要求1所述的考虑基质吸力的多功能边坡监测预警设备，其特征在于，所述主体外壳(5)为亚力克管，所述输送管道(1)为玻璃管。

8.根据权利要求2所述的考虑基质吸力的多功能边坡监测预警设备，其特征在于，所述电源包括：

9.根据权利要求8所述的考虑基质吸力的多功能边坡监测预警设备，其特征在于，所述电源还包括：

10.根据权利要求3所述的考虑基质吸力的多功能边坡监测预警设备，其特征在于，所述微控制器(9)电性连接有空气温湿度传感器(14)，所述空气温湿度传感器(14)设置于所述主体外壳(5)的外侧。

技术总结
本发明公开一种考虑基质吸力的多功能边坡监测预警设备，涉及边坡防护技术领域。本发明提供的考虑基质吸力的多功能边坡监测预警设备，可以用于同时监测基质吸力引起的边坡内部应力场的变化；本发明结合了张力计和安装在顶部的三轴加速度计，通过三轴加速度计监测到的破坏前变形滑坡前兆，并且与张力计测得的滑坡体中基质吸力相结合，可以为早期预警系统提供基于边坡变形破坏及土体应力场的阈值；同时装置还设计了远程传输模块及太阳能供电模块，能够实现自控制、自采集、自传输的工作模式；本发明测量精度高、稳定性好，为边坡失稳变形监测提供了科学、现代化的手段，具有很大推广价值。

技术研发人员：唐俊峰,徐骏凯,张逢敏,张诗雨,王梦圆,李佩峰,蒋佳昌
受保护的技术使用者：四川农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15