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一种埋入式多角度边坡稳定性动态监测装置与实施方法

文献发布时间：2023-06-19 11:59:12

技术领域

本发明涉及边坡稳定性动态监测技术领域，提出了一种埋入式多角度边坡稳定性动态监测装置与实施方法。

背景技术

边坡主要包括自然边坡和人工边坡两种类型。自然边坡主要是指在自然作用下形成的陡崖、斜坡、海岸、河岸等；人工边坡主要是指人类工程活动形成的具有坡度的坡面，如露天边坡、水库库区边坡、基坑边坡等。近年来，随着露天采矿逐渐转向深部开采，形成了许多高陡边坡，这些边坡的稳定性状态不仅涉及到矿山开采的安全，同时也涉及到周边整体环境的安全。因此对边坡的正确认识、合理设计、及时监测、准确预报预测、恰当处治，避免和减小边坡变形失稳破坏所造成的灾害和损失，是当前露天开采深部开采发展急需解决的问题。边坡安全监测及预测预报是边坡稳定性研究中的核心内容，由于影响边坡稳定性的因素众多且复杂，边坡岩土体的力学参数不仅难以确定，而且也不是一成不变的，因此难以确定边坡所处的稳定性状态，必须研发一种既能够实时监测边坡稳定性，又能反映边坡危险区域的监测装置。

为了预测预报边坡失稳破坏灾害的发生，减少或防止财产损失和人员伤亡，需对边坡进行安全监测，及时掌握边坡变形发展的规律，对边坡失稳破坏进行及时预报，根据预报采取相应的防范补救措施，经过几十年的发展和研究，目前国内外边坡监测的方法和技术手段已经具有较高的水平。其中以传统大地测量法、GPS技术为代表的监测方法在矿山边坡稳定性监测中最为常见，近些年来，随着大量学者的深入研究，声发射技术也慢慢引入到矿山边坡稳定性监测中来。但前述的监测方法使用成本高、操作复杂，往往需要专业人士操作，这无疑是提高了矿山边坡监测的成本。因此研究一种能够对边坡稳定性实时进行监测，操作又简单，低成本的边坡稳定性监测设备对于矿山边坡稳定性监测预警迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于基于有关理论，提供一种埋入式多角度边坡稳定性动态监测装置与实施方法，提供的装置可以起到对边坡稳定性进行多角度、实时监测，多台设备可以相互连接使用，用于实时搜索边坡潜在危险区域；同时配备有数据处理系统，能够实现自动化绘制数据曲线。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种埋入式多角度边坡稳定性动态监测装置，主要包括供电装置、监测装置以及数据处理装置三部分。所述的供电装置包括风力发电装置、太阳能发电装置、发电支撑杆以及供电线；所述的数据处理装置包括计算机以及信号接收传输天线；所述的监测装置包括可拆卸支撑杆、监测主体以及微小位移监测装置；所述的监测主体包括注油管、监测主体外壳以及监测主体内部构件；所述的监测主体内部构件主要包括液压油储存箱、液压缸、压油腔、吸油管、压油管、进油管、回油管、回油总管、蓄电池、提升电机、提升齿轮条、腔内数据接收发射仪以及单向流通阀；所述的微小位移监测装置包括腔内微型电流表、滑动变阻片、电阻条、绝缘吸盘、活塞、监测探头。

所述的供电装置通过发电支撑杆固定于地表，风力发电装置和太阳能发电装置通过螺丝固定于发电支撑杆的顶部，并利用供电线形成供电回路，向监测装置供电。

所述的数据处理装置放置于室内，接通电源并通过信号接收传输天线实时接收处理数据，信号接收传输天线可以直接插在计算机的接口上，并利用有关软件实时处理数据。

所述的监测装置通过可拆卸支撑杆置于地表钻孔内部，并通过供电线与供电装置相连接，可拆卸支撑杆的一端通过螺丝固定于监测装置主体外壳上，与注油管在同一侧，另一端出露地表并固定，监测主体通过焊接的方式固定于监测主体外壳的内侧，监测主体外壳的相互垂直的方向上开有直径为5cm的小孔，共计4个。

所述的监测内部构件通过焊接的方式固定于监测主体外壳上，注油管位于监测主体外壳的上表面，并配备有注油塞；液压油储存箱与压油腔之间通过吸油管连接，液压腔与液压缸之间通过压油管连接，液压缸与液压油储存箱之间通过回油管以及回油总管相连接；吸油管、压油管、进油管、回油管以及回油总管内部铰接有单向流通阀；蓄电池、提升电机以及腔内数据接收发射仪焊接于压油腔顶部表面，并通过电线相互连接形成回路；提升齿轮条焊接于压油腔内部吸油塞的上部，并与提升电机相连接。

所述的微小位移监测装置通过密封连接的方式与液压缸相连接，活塞置于液压缸内部，与其紧密相连并做好密封处理，电阻条紧密焊接于监测探头上部，滑动变阻片一端与电阻条自由接触，另一端通过绝缘吸盘固定于液压缸内侧，腔内微型电流表通过电线与电阻条、滑动变阻片、蓄电池形成回路，监测探头通过监测主体外壳上的小孔露出，两者之间通过密封胶条相互连接。

一种埋入式多角度边坡稳定性动态监测装置实施方法，包括如下步骤：

a、施工前准备

根据现场工程实际情况，由地面向地下钻孔，钻孔深度可根据实际需要监测的区域决定，钻孔间距可以根据工程现场考虑是否加大监测密度。

b、供电装置连接

根据工程现场的实际情况，在不影响矿区正常安全生产的前提下，应尽可能选取风力大、太阳照射时间长的区域布置供电装置，供电装置布设完之后，应对其进行加固。

c、数据处理装置连接

根据现场实际情况，在保证电量充足的情况下，可以将计算机设备带到施工现场，待监测装置布设完成以后，对信号传输进行测试，测试完成后如没有问题，可将数据处理装置挪回室内。

d、监测装置放置

利用供电线将监测装置与供电装置相连接起来，并利用计算机测试监测探头能否正常工作，若监测头探头正常工作，先预先将其收回，并利用可拆卸支撑杆将监测装置放置钻孔内的监测点，根据所选择的监测区域，可以考虑将多台监测设备相互连接使用。

e、展开监测探头

待监测装置到达钻孔内的监测点时，利用计算机控制监测探头伸出，并与钻孔内壁接触，而后在地表将可拆卸支撑杆固定，保持钻孔内设备稳定。

本发明的有益效果：

1、本发明可以对边坡内部变形进行实时监测，并利用软件实时处理数据，实现了边坡稳定性监测的实时化与简单化。

2、本发明可以对边坡内部进行多角度监测，且根据工程实际情况，可以进行旋转，灵活性强、适用性强。

3、本发明可以通过可拆卸支撑杆根据工程现场的实际情况连接不同间距的多台设备，可以用于搜寻边坡体内的危险区域，实现了边坡稳定性监测的区域性。

4、本发明涉及装置及部件易于制作，结构简单，使用结束以后可以回收，对于临时边坡或者是服务年限较短的边坡也适用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的监测装置示意图；

图3是本发明的微小位移监测装置剖面图；

图4是本发明的布置示意图。

图中：1-计算机；2-信号接收传输天线；3-风力发电装置；4-太阳能发电装置；5-发电支撑杆；6-供电线；7-可拆卸支撑杆；8-监测主体外壳；9-微小位移监测头；10-注油管；11-液压油储存箱；12-液压缸；13-压油腔；14-吸油管；15-压油管；16-进油管；17-回油管；18-回油总管；19-蓄电池；20-提升电机；21-提升齿轮条；22-腔内数据接收发射仪；23-单向流通阀；24-腔内微型电流表；25-滑动变阻片；26-电阻条；27-绝缘吸盘；28-活塞；29-监测探头；30-数据处理装置；31-供电装置；32-监测装置；33-边坡；34-潜在滑移面。

具体实施方式

下面结合附图，进一步详细说明本专利的具体实施方式。

一种埋入式多角度边坡稳定性动态监测装置，主要包括供电装置、监测装置以及数据处理装置三个部分。

所述的供电装置主要包括风力发电装置3、太阳能发电装置4、发电支撑杆5以及供电线6，供电装置通过发电支撑杆5固定于地表，在发电支撑杆5的顶端安装有风力发电装置3以及太阳能发电装置4，再通过供电线6与监测设备中的蓄电池19相连接，对其进行供电，两种发电装置同时供电可以保证监测设备用电量充足，同时一台发电装置也可以给多台监测设备供电。

所述的数据处理装置主要包括计算机1以及信号接收传输天线2。数据处理装置主要放置于室内，接通电源后即可使用，方便快捷，信号接收传输天线2通过计算机1的端口可以直接插入，简单易操作。信号接收传输天线2所接收到的有关数据可以及时保存于计算机1内部，并且可以通过计算机1上的软件对数据进行及时的处理，实现了监测的实时化和简单化；再者可以通过计算机1上的软件控制监测设备中的监测探头29进行伸缩，简单易操作。

所述的监测装置主要包括可拆卸支撑杆7、监测主体以及微小位移监测装置，所述的监测主体主要包括注油管10、监测主体外壳8以及监测主体内部构件；所述的监测主体内部构件主要包括液压油储存箱11、液压缸12、压油腔13、吸油管14、压油管15、进油管16、回油管17、回油总管18、蓄电池19、提升电机20、提升齿轮条21、腔内数据接收发射仪22以及单向流通阀23；所述的微小位移监测装置包括腔内微型电流表24、滑动变阻片25、电阻条26、绝缘吸盘27、活塞28、监测探头29。

可拆卸支撑杆7的一端通过螺丝固定于监测主体外壳8上，另一端可以根据需要连接多根可拆卸支撑杆7，用完以后可以回收再利用，减少了资源的浪费；液压油储存箱11上部焊接有直径为5cm的注油管10，注油管10一端与液压油储存箱11相连接，另一端与监测主体外壳8相连接，并配备有注油塞。蓄电池19、提升电机20以及腔内数据接收发射仪22通过螺丝固定于压油腔13的上部，压油腔13与液压油储存箱11之间通过吸油管14相连接，吸油管14内部铰接有单向流通阀23，能实现液压油由液压油储存箱11向压油腔13的单向流通。压油腔13内有一个与其内直径相同的刚性活塞，刚性活塞与压油腔密封接触，提升齿轮条21的一端透过压油腔13的上部小孔利用焊接的方式固定于刚性活塞上，另一端与提升电机20上的齿轮相连接。压油腔13与液压缸12之间通过压油管15以及进油管16相连接，压油管15与进油管16之间都铰接有单向流通阀23，液压缸12与液压油储存箱11之间通过回油管17以及回油总管18相连接，回油管17与回油总管18之间铰接有单向流通阀23。

液压缸12内部有一直径与其相同的刚性活塞28，二者之间紧密相连并做好密封处理，活塞28的一端固定有监测探头29，监测探头29的上部焊接有电阻条26，监测探头29与电阻条26之间填充有绝缘体，滑动变阻片25一端与电阻条26自由接触，另一端通过绝缘吸盘27固定于液压缸12内侧，腔内微型电流表24固定于液压缸12内侧，腔内微型电流表24、滑动变阻片25、电阻条26与蓄电池19之间利用电线形成回路，监测探头29通过监测主体外壳8上的小孔露出，监测探头29可以通过小孔自由伸缩，二者之间进行密封处理。

计算机1通过信号接收传输天线2发出提升命令至腔内数据接收发射仪22，而后腔内数据接收发射仪22控制提升电机20转动，致使提升齿轮条21向上运动，导致压油腔13内压强降低，从而促使压油腔13通过吸油管14向液压油储存箱11吸取液压油，而后通过计算机1发布下降命令控制提升电机反转，从而促使提升齿轮条21向下运动，并将压油腔13内所吸取的液压油压向压油管15，液压油沿着压油管15以及进油管16进入到液压缸12内部，并推动液压缸12内部的活塞28向前运动，从而促使监探头29透过监测主体外壳8上的小孔向外伸长，并改变电阻条26接入电路的长度，从而促使腔内微型电流表24数值发生变化，之后腔内数据接收发射仪22将所捕获到的腔内微型电流表24数据通过信号接收传输天线2输入到计算机1中，再由计算机1中的软件对所得数据进行处理，分析监测区域的稳定性及危险区域。

当监测装置完全展开时，监测探头29的前端会与钻孔壁相接触，若边坡发生变形，会致使监测探头29向里面收缩，并带动电阻条26接入电路的长度发生变化，液压缸12内的液压油通过铰接有单向流通阀23的回油管17以及回油总管18回到液压油储存箱11中，同腔内微型电流表24的数值发生变化，腔内数据接收发射仪22能够实时捕获电流数据，并将其传输回计算机1中对数据进行处理。液压油在监测装置中的流通路径为注油管10→液压油储存箱11→吸油管14→压油腔13→压油管15→进油管16→液压缸12→回油管17→回油总管18→液压油储存箱11。