用于滑坡探井内深部岩体变形的监测系统及数据处理方法

技术领域

本公开涉及滑坡灾害变形监测技术领域，尤其涉及一种用于滑坡探井内深部岩体变形的监测系统及数据处理方法。

背景技术

中国约70％的国土面积为山地地形，在穿越山区的铁路交通建设中，需要建设大量的隧道。通常情况下，在选线时会避开存在滑坡可能的山区，需要对山区地质情况进行测量。完成隧道开采后，由于隧道所处的岩土体水文地质环境在不断变化，岩体结构在长期地应力、地下水作用下因流变而使得自身强度降低，沿节理裂隙面形成蠕动性滑坡，或是人类工程活动引起坡体内应力场发生重大调整，导致坡体出现变形开裂并在薄弱部位形成滑动面从而酿成滑坡。

由此可见，对滑坡及其引起的地质灾害变形进行早期识别和实时监测，通过监测数据的分析，掌握滑坡-隧道的地质灾害孕育演化规律，为后期灾害预防和处治提供基础数据，对地质灾害机理及防控技术的研究意义重大，同时还可为交通的安全运营提供保障。

目前还没有一套简单有效的对于导致隧道变形的滑坡灾害进行实时监测的岩体变形监测装置。

发明内容

有鉴于此，本公开的目的在于提出一种用于滑坡探井内深部岩体变形的监测系统及数据处理方法。

基于上述目的，本公开提供了一种用于滑坡探井内深部岩体变形的监测系统，包括：倒垂装置、多个垂线坐标测量仪和多个安装支架，所述倒垂装置包括垂线、锚块、浮筒和连接杆，

其中，所述倒垂装置的锚块锚固在所述探井底部的基岩中，所述倒垂装置的浮筒固定设置在所述探井井口，所述倒垂装置的垂线下端与所述锚块固定连接，上端与连接杆下部固定连接，所述连接杆上部穿过所述浮筒与浮子固定连接，所述垂线垂直穿过所述垂线坐标测量仪的监测孔；

所述安装支架固定在所述探井侧壁岩体上，所述垂线坐标测量仪可拆卸连接在所述安装支架上方；

所述探井井口位置设有一个所述垂线坐标测量仪，所述探井内部的预测滑带上方和下方个各设有一个所述垂线坐标测量仪。

进一步的，所述锚块上方套设有紧固螺帽。

进一步的，所述垂线位于所述监测孔中心位置。

进一步的，所述垂线坐标测量仪与所述安装支架通过螺栓、螺帽和垫片固定连接，位于所述安装支架上的安装孔为双向长条孔。

进一步的，所述监测孔的上方和下方分别设有上遮光罩和下遮光罩，所述垂线垂直穿过所述上遮光罩和所述下遮光罩。

进一步的，在所述垂线坐标测量仪对应垂线进线通道的外表面设有连接板。

进一步的，所述安装支架为三角形支架。

进一步的，所述系统还包括数据采集装置和数据处理装置，所述数据采集装置与所述垂线坐标测量仪连接，所述数据处理装置与所述数据采集装置连接，所述数据采集装置用于采集通过所述垂线坐标测量仪监测得到的数据，所述数据处理装置用于处理从所述数据采集装置得到的数据。

基于同一发明构思，本公开还提供了一种对所述用于滑坡探井内深部岩体变形的监测系统的数据进行处理的方法，包括：

采集所述多个垂线坐标测量仪的多次位移读数，基于所述多次位移读数计算预警指标，响应于所述预警指标达到预设预警阈值，所述监测系统发出滑坡变形综合预警警报，启动所述综合预警警报的相应处理措施；

其中，所述预警指标包括连续位移变化速率、单日最大位移变化量、单次监测最大位移变化量和单处位移监测值；

所述预警阈值包括I级预警阈值、II级预警阈值和III级预警阈值；

所述综合预警警报包括I级综合预警警报、II级综合预警警报和III级综合预警警报。

从上面所述可以看出，本公开提供的一种用于滑坡探井内深部岩体变形的监测系统及数据处理方法，充分利用地质勘察或补充勘察中开挖形成的地质探井，无需重新开凿孔洞即可完成对岩体变形的监测。通过倒垂装置或是正垂装置与多个垂线坐标测量仪配合使用，实现了对于滑坡探井内深部滑带或多条滑带的实时监测，且可靠性较高。通过最终的监测数据处理和分析，确定滑体的滑动方向和位移大小，以便工程人员及时采取有效应对措施。

附图说明

为了更清楚地说明本公开或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例的用于滑坡探井内深部岩体变形的监测系统的整体结构示意图；

图2为本公开实施例的用于具有多条滑带的滑坡探井内深部岩体变形的监测系统的结构示意图；

图3为本公开实施例的倒垂装置的结构示意图；

图4为本公开实施例的垂线坐标测量仪的俯视结构示意图；

图5为本公开实施例的垂线坐标测量仪的右视结构示意图；

图6为本公开实施例的垂线坐标测量仪与安装支架配合的主视结构示意图；

图7为本公开实施例的垂线坐标测量仪与安装支架配合的仰视结构示意图；

图8为本公开实施例的另一种用于滑坡探井内深部岩体变形的监测系统的整体结构示意图。

附图说明：1、倒垂装置；11、锚块；12、浮筒；13、垂线；14、连接杆；15、螺帽；16、浮子；2、垂线坐标测量仪；21、监测孔；22、上遮光罩；23、下遮光罩；24、垂线进线通道；25、连接板；3、安装支架；31、双向长条孔；4、预测滑带；41、第一预测滑带；42、第二预测滑带；5、正垂装置；51、重锤。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本公开实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如背景技术所述，对于岩体变形的实时监测能够有效预防地质灾害的发生，目前现有技术中对岩体变形进行监测时往往需要重新开凿测试通道，耗费人力物力，本公开合理利用地质勘察或补充勘察中开挖形成的地质探井，对岩体中预测滑带的位移变化进行有效的实时监测，方便相关工程人员判断地形变化并采取应对措施。

以下结合附图来详细说明本公开的实施例。

参考图1，本公开提供了一种用于滑坡探井内深部岩体变形的监测系统，包括倒垂装置1、多个垂线坐标测量仪2和多个安装支架3，所述倒垂装置包括垂线13、锚块11、浮筒12、连接杆14和浮子16，其中，所述倒垂装置1的锚块11锚固在所述探井底部的基岩中，作为倒垂装置1的固定点。所述倒垂装置1的浮筒12固定设置在所述探井井口，所述倒垂装置1的垂线13下端与所述锚块11固定连接，上端与连接杆14下部固定连接，所述连接杆14上部穿过所述浮筒12与浮子16固定连接，利用浮筒12中液体的浮力，将垂线13拉紧。所述垂线13垂直穿过所述垂线坐标测量仪2的监测孔21。垂线13的位移变化数据通过垂线坐标测量仪2的监测孔21进行监测，并将监测数据传输至数据采集装置。所述安装支架3固定在所述探井侧壁岩体上，安装支架3可以为角钢支架，所述垂线坐标测量仪2可拆卸连接在所述安装支架3上方，所述安装支架3能够调节所述垂线坐标测量仪2的水平状态和安装位置。所述探井井口位置设有一个所述垂线坐标测量仪2，所述探井内部的预测滑带4上方和下方个各设有一个所述垂线坐标测量仪2。所述探井井口位置处的坐标变化作为参考，观测预测滑带4上方和下方的位移变化情况。

在一些实施例中，参考图2，所述探井内部的预测滑带4可以存在多条，本实施例中为两条，则垂线坐标测量仪2的设置位置分别为井口位置、第一预测滑带41上方、第二预测滑带42上方和第二预测滑带42下方。所述第一预测滑带41下方的监测可以与所述第二预测滑带42上方的监测使用同一垂线坐标测量仪2。存在多条预测滑带4时，垂线坐标测量仪2的设置方式与本实施例相似，在此不再赘述。

在一些实施例中，参考图3，所述锚块11上方套设有紧固螺帽15，锚块11与垂线13固定连接，垂线13嵌设在锚块11的顶端内部，通过外部套设螺帽15对垂线13起到紧固的作用。

在一些实施例中，参考图4和图5，所述垂线13位于所述监测孔21中心位置。本实施例中涉及的垂线坐标仪型号为BGK-6860，每一台垂线坐标测量仪2在x轴和y轴的量程范围是固定的，为了能够在x轴和y轴的正负方向给垂线13留出足够的移动空间，一般情况下将垂线13设置在监测孔21中间位置，例如x轴量程为50mm，则将垂线13设置在x轴读数为25mm左右的位置处。如果对预测滑带4的位移方向有准确的预判，可以根据实际情况适当调整垂线13在监测孔21中的初始位置。

在一些实施例中，参考图6和图7，所述垂线坐标测量仪2与所述安装支架3通过螺栓、螺帽和垫片固定连接，位于所述安装支架3上的安装孔为双向长条孔31。为了方便安装和拆卸，垂线坐标测量仪2与安装支架3通过螺栓螺帽进行可拆卸连接，螺栓螺帽的连接方式还可以对垂线坐标测量仪2的水平度结合水平仪进行调整，只需适当旋转螺帽调整其高度即可调节垂线坐标测量仪2的水平度。安装支架3上的安装孔设置为4个，分别与垂线坐标测量仪2的底板固定连接，螺帽与底板之间接触的部分设有垫片，可以更好的保证垂线坐标测量仪2的稳定性。安装孔开设为双向长条孔31，可左右或前后移动，使所述垂线坐标测量仪2安装在合适的位置，方便现场安装时调整垂线坐标测量仪2的前后距离。由于井下作业的难度较大，以及护壁不平整的情况，使得安装过程中垂线坐标测量仪2偏移量较大，垂线13无法位于中心监测孔21的中间位置。因此，采用双向长条孔31设计，可以在安装支架3固定于护壁后通过在长条孔的微调来提高安装的精准度。

在一些实施例中，参考图6，所述监测孔21的上方和下方分别设有上遮光罩22和下遮光罩23，所述垂线13垂直穿过所述上遮光罩22和下遮光罩23。上遮光罩22和下遮光罩23的设置可以有效的避免空气中气流对垂线坐标测量仪2监测的影响，保证监测位移的准确性。垂线13依次垂直穿过上遮光罩22、监测孔21和下遮光罩23。

在一些实施例中，参考图4和图5，所述垂线坐标测量仪2的侧面开设有垂线进线通道24，在所述垂线坐标测量仪2对应垂线进线通道24的外表面设有连接板25。连接板25的设置可以防止垂线坐标测量仪2的底板变形。安装垂线13时，先将垂线13通过垂线进线通道24进入监测孔21中，再将连接板25固定在垂线坐标测量仪2的侧壁上即可。

在一些实施例中，所述安装支架3为三角形支架。三角形支架的稳定性较好，相较于平板支架能够对垂线坐标测量仪2起到稳定的支撑作用。

在一些实施例中，所述用于滑坡探井内深部岩体变形的监测系统还包括数据采集装置和数据处理装置，所述数据采集装置与所述垂线坐标测量仪2连接，所述数据处理装置与所述数据采集装置连接，所述数据采集装置用于采集通过所述垂线坐标测量仪2监测得到的数据，所述数据处理装置用于处理从所述数据采集装置得到的数据。数据经过整理分析后得到每个测量点的位移变化情况，可以计算出位移变化速率和单日单次最大位移变化量等量化指标，从而对岩体位移情况进行综合判断。本实施例中所述数据采集装置型号为BGK Micro 40，所述数据处理装置为计算机。

基于同一发明构思，参考图8，本公开还提供了一种用于滑坡探井内深部岩体变形的监测系统，包括：正垂装置5、多个垂线坐标测量仪2和多个安装支架3，

其中，所述正垂装置5的垂线13上端固设在所述探井井口的支架上，下端吊射重锤51，所述重锤51伸入所述正垂装置固设在所述探井底部的浮筒12内；

所述垂线13垂直穿过所述垂线坐标测量仪2的监测孔21；

所述安装支架3固定在所述探井侧壁岩体上，所述垂线坐标测量仪2可拆卸连接在所述安装支架3上方；

所述探井井底上方设有一个所述垂线坐标测量仪2，所述探井内部的预测滑带4上方和下方各设有一个所述垂线坐标测量仪2。

在一些实施例中，所述用于滑坡探井内深部岩体变形的监测系统还包括数据采集装置和数据处理装置，所述数据采集装置与所述垂线坐标测量仪2连接，所述数据处理装置与所述数据采集装置连接，所述数据采集装置用于采集通过所述垂线坐标测量仪2监测得到的数据，所述数据处理装置用于处理从所述数据采集装置得到的数据。本实施例中所述数据采集装置型号为BGK Micro 40，所述数据处理装置为计算机。

基于同一发明构思，本公开还提供了一种对所述用于滑坡探井内深部岩体变形的监测系统的数据进行处理的方法，包括：

采集所述多个垂线坐标测量仪的多次位移读数，基于所述多次位移读数计算预警指标，响应于所述预警指标达到预设预警阈值，所述监测系统发出滑坡变形综合预警警报，启动所述综合预警警报的相应处理措施；

其中，所述预警指标包括连续位移变化速率、单日最大位移变化量、单次监测最大位移变化量和单处位移监测值；

所述预警阈值包括I级预警阈值、II级预警阈值和III级预警阈值；

所述综合预警警报包括I级综合预警警报、II级综合预警警报和III级综合预警警报。

具体的，所述预警指标涉及的位移均为合位移，即为

I级预警阈值：

①连续3日位移变化速率Vs≥0.75mm/d；

②单日最大位移变化量Smax≥1.5mm；

③单次监测最大位移变化量≥3.6mm；

④单处位移监测值≥10mm；

II级预警阈值：

①连续3日位移变化速率Vs≥1.0mm/d；

②单日最大位移变化量Smax≥2.0mm；

③单次监测最大位移变化量≥4.6mm；

④单处位移监测值≥15mm；

III级预警阈值：

①连续3日位移变化速率Vs≥1.5mm/d；

②单日最大位移变化量Smax≥2.5mm；

③单次监测最大位移变化量≥5.6mm

④单处位移监测值≥20mm；

所述综合预警警报具体为：

I级综合预警警报：当2个监测点处同时达到I级预警阈值时，判定为I级综合预警警报。相应应对措施：对隧道及轨道结构裂缝进行检查，对轨道几何尺寸进行必要的调整。对各自的监测设备状态进行确认，每月对山体巡查一遍。

II级综合预警警报：当1处监测点达到II级预警阈值时，判定为II级综合预警警报。应对措施：立即封锁线路，临时启动应急预案，对隧道及轨道结构进行检查。立即对滑坡及隧道稳定性进行巡查和评估，组织专家组进行研判，提出应急处置措施，并确认列车放行条件。

III级综合预警警报：当1处监测点达到III级预警阈值时，判定为III级综合预警警报。应对措施：立即封锁线路，启动应急预案。组织专家组进行研判，提出专家建议。

需要说明的是，上述对本公开的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本公开实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本公开实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本公开实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。