用于高陡边坡的模块化交错式滑动监测装置

技术领域

本发明属于基坑工程监测技术领域，尤其是涉及一种适用于邻近基坑的高陡边坡，采用模块化设计理念，实现高陡边坡滑动监测预警以及滑动面实时确定的装置。

背景技术

由于经济社会发展的需要，城市向着更深更广泛的地区去建设，不可避免地会遇到天然生成或是人为造成的高边坡。一般来说，高边坡早已存在，也曾造成过变形和损失。近年来，高边坡的数量越来越多，高度越来越高，坡度也越来越大，导致变形量升高、工期延长、灾害增加。高边坡的存在对我们的工程建设埋下了隐患，特别是对基坑工程的影响尤为严重，对工程的设计、施工和监测提出了挑战，需要城市建设者的密切关注。

在高边坡附近开展基坑工程时，基坑的开挖与施工会影响边坡坡脚的稳定性，扰动原本处于稳定状态的边坡，可能会导致边坡的整体失稳。因此，我们应监测基坑施工全过程中边坡内部的剪应变，确保边坡的整体稳定性。目前，国内外对边坡整体稳定性的研究已经进展多年，但对于高度较高、坡度较大的高陡边坡稳定性研究较少，因此在高陡边坡周边进行施工时，应对边坡内部应变等信息进行严密的监测。现阶段针对高陡边坡滑动稳定性的监测设备较少，无法监测多个深度的剪应变，也无法实时判定最危险的滑动面，无法实现精确的高陡边坡滑动监测和预警。而且，现有的装置一般对监测深度、范围有所限制，无法适应多种边坡形态。

发明内容

为了克服现有滑动面监测装置的缺点与不足，本发明提供了一种用于高陡边坡的模块化交错式滑动监测装置，实现针对高陡边坡滑动监测和预警以及滑动面实时确定。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于高陡边坡的模块化交错式滑动监测装置，包括高陡边坡、假想滑动面、滑动监测装置、传输天线、定位杆、上部传输单元、滑动面监测单元和钻头，其中，所述传输天线与上部传输单元固定连接；定位杆穿过上部传输单元与滑动面监测单元的预留孔洞中，至少三个滑动面监测单元上下叠置而成；钻头与最下层滑动面监测单元通过焊接连接；

所述滑动面监测单元包括钢制外壳、高强弹簧、导向杆、钢制顶针和压力位置传感器，高强弹簧与钢制外壳的顶面固定连接，导向杆与钢制外壳固定连接；钢制顶针的底部与高强弹簧固定连接，钢制顶针上下运动地套装在导向杆上；压力位置传感器与钢制外壳的底面固定连接；所述钢制顶针顶触在相邻上层滑动面监测单元的压力位置传感器上。

进一步，所述高强弹簧与钢制外壳的顶面通过焊接连接，导向杆与钢制外壳通过焊接连接；钢制顶针的底部与高强弹簧通过焊接连接，压力位置传感器与钢制外壳的底面通过粘合剂连接。

优选的，所述滑动面监测单元还包括数据传输设备、蓝牙Mesh发送天线、蓝牙Mesh接收天线和电池，所述数据传输设备与钢制外壳的内壁固定连接；蓝牙Mesh发送天线与钢制外壳固定连接；蓝牙Mesh接收天线与钢制外壳固定连接；电池与钢制外壳的内壁固定连接。

再进一步，所述数据传输设备与钢制外壳的内壁通过粘合剂连接；蓝牙Mesh发送天线与钢制外壳通过粘合剂连接；蓝牙Mesh接收天线与钢制外壳通过粘合剂连接；电池与钢制外壳的内壁通过粘合剂连接。

所述滑动面监测单元还包括万向滚珠，所述万向滚珠嵌入相邻下层滑动面监测单元的钢制外壳的底面两侧。

所述上部传输单元与上位机通讯连接。

本发明的有益效果主要表现在：(1)监测预警范围广。本监测预警装置采用模块化设计，由上部传输单元和滑动面监测单元组合而成，各单元间通过蓝牙Mesh通讯方式互相连接，对滑动面监测单元的数量无限制，可根据需要自由扩充滑动面监测单元的数量，因此可以支持不同深度的土体剪切位移监测，从而能够实现大范围、多深度的边坡滑动面监测。(2)滑动面可实时判定。本监测预警装置不仅能够监测大范围、多深度的剪切变形，而且能够根据多台监测预警装置间的信息共享，实现最危险滑动面的实时判定，能够为工程提供重要的数据参考。(3)操作简便，适用性强。本监测预警装置采用的模块化设计，各模块均为标准件，有助于工厂的加工制造。施工现场可以随时组装随时使用，提高了工作的效率，节省了成本。

附图说明

图1是基于高陡边坡的模块化交错式滑动监测装置的使用状态图。

图2是基于高陡边坡的模块化交错式滑动监测装置的主视图。

图3是滑动面监测单元的示意图。

图4是图3的A-A截面图。

图5是图3的B-B截面图。

图6是图3的C-C截面图。

图7是测量高边坡，确定点位的状态图。

图8是打入钻头的状态图。

图9是安装定位杆的状态图。

图10是安装滑动面监测单元的状态图。

图11是压桩的状态图。

图12是重复操作的状态图。

图13是安装上部传输单元的状态图。

图14是再次压桩的状态图。

图15是拔除定位杆的状态图。

图16是安装传输天线的状态图。

图17是建立通讯，开始监测的状态图。

图18是实施例示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图18，一种用于高陡边坡的模块化交错式滑动监测装置，包括高陡边坡1、假想滑动面2、滑动监测装置3、传输天线4、定位杆5、上部传输单元6、滑动面监测单元7和钻头8。

其中，所述传输天线4与上部传输单元6通过固定螺栓连接；定位杆5穿过上部传输单元6与滑动面监测单元7的预留孔洞中，至少三个滑动面监测单元7上下叠置而成；钻头8与最下层滑动面监测单元7通过焊接连接；

所述滑动面监测单元7包括钢制外壳19、高强弹簧9、导向杆10、钢制顶针11和压力位置传感器12，高强弹簧9与钢制外壳19的顶面通过焊接连接，导向杆10与钢制外壳19通过焊接连接；钢制顶针11的底部与高强弹簧9通过焊接连接，钢制顶针11上下运动地套装在导向杆10上；压力位置传感器12与钢制外壳19的底面通过粘合剂连接；所述钢制顶针11顶触在相邻上层滑动面监测单元7的压力位置传感器12上；

进一步，所述滑动面监测单元7还包括数据传输设备13、蓝牙Mesh发送天线14、蓝牙Mesh接收天线15、万向滚珠16和电池17；所述数据传输设备13与钢制外壳19的内壁通过粘合剂连接；蓝牙Mesh发送天线14与钢制外壳19通过粘合剂连接；蓝牙Mesh接收天线15与钢制外壳19通过粘合剂连接；万向滚珠16嵌入相邻下层滑动面监测单元的钢制外壳19的底面两侧；电池17与钢制外壳19的内壁通过粘合剂连接。

所述上部传输单元6与上位机18通讯连接。

某地铁车站基坑开挖工程，基坑南侧3～9m处为岩质边坡，坡顶距现有路面最大高差分别约为32m。车站基坑承受较大的偏压，若支护结构不能满足侧向压力，而造成围护结构产生过大变形，地质及周边环境相对复杂，需要进行密切的监测。传统的边坡监测装置无法对高边坡剪切变形和滑动面进行针对性的监测，无法实现实时监测与智能预警以及滑动面提示的功能，不适用于本基坑工程的监测。采用用于高陡边坡的模块化交错式滑动监测装置可以实现本基坑工程全过程的监测与预警。

根据本基坑工程以及高边坡的实际情况，采用9台上述装置开展本工程的监测预警工作。

(a)在基坑工程施工前，对基坑附近高陡边坡1进行勘察，获得高陡边坡1的高度、坡度等基本参数。

(b)高边坡滑动监测装置布置设计。对取得的高陡边坡1的勘察报告进行分析，初步确定可能的假想滑动面2的位置和范围，设计高边坡滑动监测装置3的滑动面检测单元7的数量；同时对可能的假想滑动面2按弧长相等的原则进行划分，按3*3分布的方式取得9个布置点。

(c)边坡监测装置设计。根据高陡边坡1的勘察报告以及滑动监测装置3的实际情况，确定滑动监测装置3的总长度为19米。其中，钻头8长度为500mm，滑动面监测单元7共60个，每个滑动面监测单元7的长度为200mm，上部传输结构6的长度为6500mm，定位杆5长度为19000mm，如图所示。

(d)打入钻头。将钻头8以静力压桩的方式压入预定的位置。

(e)安装定位杆。将定位杆5嵌入钻头8中，并用吊车等装备进行临时的支撑。

(f)安装滑动面监测单元。顺着定位杆5将滑动面监测单元7放下，紧贴钻头8。

(g)压桩。将滑动面监测单元7压入高陡边坡1内。

(h)继续安装滑动面监测单元。顺着定位杆5将滑动面监测单元7放下，紧贴上一步安装的滑动面监测单元7。

(i)继续压桩。将滑动面监测单元7压入高陡边坡1内。

(j)检查连接情况。检查安装的滑动面监测单元7与上一步安装的滑动面监测单元7的蓝牙连接情况，如有连接问题则更换备件。

(k)重复步骤(h)-(j)，直至所有的滑动面监测单元7安装完毕。

(l)安装上部传输单元。顺着定位杆5将上部传输单元6放下，

紧贴最后安装的滑动面监测单元7。

(m)压桩。将上部传输单元6压入高陡边坡1。

(n)检查连接情况。检查上部传输单元6与下部的滑动面监测单元7的连接情况。

(o)拔除定位杆5，安装传输天线4。

(p)启动装置。开启上位机18，连接滑动监测装置3，获取监测数据。

(q)重复步骤(d)-(p)，完成所有滑动监测装置3的安装。

(r)数据置零。为了保证监测数据的精确可靠，将检测数据统一置零。

(s)开始监测。保持上位机18开启，设定预警值，开始监测预警。

为说明高边坡滑动监测装置3的工作原理，本实施例以高陡边坡1中土体沿着假想滑动面2发生滑动为例来详细阐述其实现原理。

(a)某一时刻，高陡边坡1中土体沿着假想滑动面2发生滑动。

(b)高边坡滑动监测装置3中对应假想滑动面2深度的两个滑动面监测单元7发生相对位移(滑动)。

(c)由于钢制顶针11底部存在高强弹簧9，使其始终顶在上一个滑动面监测单元7的压力位置传感器12上，滑动面检测单元7的相对位移使得压力位置传感器12监测到的压力位置发生变化。

(d)压力位置的变化被数据传输设备13接收，并通过蓝牙Mesh连接的方式逐级向上传输至上部传输单元6，上部传输单元6将数据通过传输天线4发送至上位机18。

(e)当相对滑动达到上位机18中预先设置的阈值时，触发上位机18报警，上位机18根据布置的多个高边坡滑动监测装置3传回的数据，分析出滑动面2的具体位置和安全系数，并上报给用户。

本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。