[發(fā)明專利]基于磁場(chǎng)的邊坡深部變形失穩(wěn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710852386.2
• 申請(qǐng)日: 2017-09-19
• 公開（公告）號(hào): CN107796297B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江勝華;劉曉春;宋韞皓;孫偉賀;姚捷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B7/16
• 分類號(hào): G01B7/16;G01B7/24
• 代理公司: 50236 重慶鼎慧峰合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 朱浩

本發(fā)明針對(duì)邊坡深部變形失穩(wěn)監(jiān)測(cè)的重大需求，提出了一種基于磁場(chǎng)的邊坡深部變形失穩(wěn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以及基于該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法。本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有隱蔽性好、適應(yīng)性強(qiáng)、不易受干擾等優(yōu)點(diǎn)，且維護(hù)簡(jiǎn)便、可監(jiān)測(cè)邊坡中后期大變形。本監(jiān)測(cè)方法的算法簡(jiǎn)單，在僅需要測(cè)量得到部分磁場(chǎng)梯度參數(shù)的情況下即可實(shí)現(xiàn)對(duì)埋設(shè)于邊坡內(nèi)的磁場(chǎng)發(fā)射元件的三維定位，從而精確地監(jiān)測(cè)邊坡的深部變形，實(shí)現(xiàn)邊坡變形失穩(wěn)程監(jiān)測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于磁場(chǎng)的邊坡深部變形失穩(wěn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)

邊坡變形是一個(gè)漸進(jìn)性的過程：滑動(dòng)失穩(wěn)由深部變形逐漸擴(kuò)展演化至表面形成滑動(dòng)面。邊坡臨近失穩(wěn)破壞時(shí)呈現(xiàn)突變性和隨機(jī)性，因此，邊坡深部變形監(jiān)測(cè)尤為重要。目前邊坡深部變形監(jiān)測(cè)設(shè)備及方法主要有鉆孔測(cè)斜儀、滑動(dòng)測(cè)微計(jì)、多點(diǎn)位移計(jì)、電磁波時(shí)域反射(Time domain reflectometry，TDR)等，其中鉆孔測(cè)斜儀、滑動(dòng)測(cè)微計(jì)、多點(diǎn)位移計(jì)等在監(jiān)測(cè)時(shí)存在測(cè)桿、電纜等儀器具有布設(shè)較繁瑣的缺點(diǎn)，而電磁波時(shí)域反射技術(shù)僅可確定滑動(dòng)面的位置，無法確定邊坡滑動(dòng)的方向，難以準(zhǔn)確測(cè)量邊坡的變形量，且儀器造價(jià)過高。另一方面，上述監(jiān)測(cè)設(shè)備及方法在監(jiān)測(cè)時(shí)均易受雨水、滾石、泥石流等環(huán)境破環(huán)，難以在野外惡劣環(huán)境下服役，需要精心維護(hù)。

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，有必要研究廉價(jià)、布設(shè)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定的邊坡深部變形監(jiān)測(cè)設(shè)備及方法，以能夠?qū)δ切┳冃屋^大的特征點(diǎn)或滑動(dòng)面附近測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行后期變形連續(xù)觀測(cè)，對(duì)邊坡滑動(dòng)變形進(jìn)行預(yù)警，從而更好地為邊坡工程提供安全保障。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于磁場(chǎng)的邊坡深部變形失穩(wěn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法，克服了在邊坡深部變形監(jiān)測(cè)中儀器布設(shè)較繁瑣、難以在野外惡劣環(huán)境下服役以及相關(guān)算法較復(fù)雜的問題。

就監(jiān)測(cè)系統(tǒng)而言，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括磁場(chǎng)發(fā)射元件、部分張量磁力梯度儀、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)；所述磁場(chǎng)發(fā)射元件的數(shù)量為多個(gè)，埋設(shè)于邊坡內(nèi)部不同測(cè)點(diǎn)，并于各自的測(cè)點(diǎn)處發(fā)射磁場(chǎng)；所述部分張量磁力梯度儀設(shè)于邊坡表面并測(cè)量各測(cè)點(diǎn)的磁場(chǎng)發(fā)射元件發(fā)出的部分磁場(chǎng)梯度張量，所述部分張量磁力梯度儀的數(shù)量不少于三個(gè)，且至少三個(gè)部分張量磁力梯度儀不共線；所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將磁場(chǎng)梯度張量傳輸至數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)；所述數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)根據(jù)磁場(chǎng)梯度張量進(jìn)行計(jì)算以對(duì)邊坡變形失穩(wěn)全過程監(jiān)測(cè)和預(yù)警。

進(jìn)一步地，所述部分張量磁力梯度儀包括兩個(gè)三軸磁場(chǎng)傳感器、微處理器、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊和工程塑料外殼，兩個(gè)三軸磁場(chǎng)傳感器的x、y和z軸一致，兩個(gè)三軸磁場(chǎng)傳感器的形心連線沿z軸方向，部分張量磁力梯度儀x、y和z軸分別與兩個(gè)三軸磁場(chǎng)傳感器的x、y和z軸一致；兩個(gè)三軸磁場(chǎng)傳感器的形心之間的距離為0.5米；部分張量磁力梯度儀的原點(diǎn)o在兩個(gè)三軸磁場(chǎng)傳感器的形心連線的中心；測(cè)量時(shí)部分張量磁力梯度儀的z軸方向豎直向上。

進(jìn)一步地，所述磁場(chǎng)發(fā)射元件包括由內(nèi)至外依次設(shè)置的釹鐵硼永磁鐵、萬向支架、高阻尼橡膠隔震層、ABS工程塑料防滲層和高耐久性輕質(zhì)混凝土外殼，所述釹鐵硼永磁鐵位于萬向支架的中心。

就監(jiān)測(cè)方法而言，包括如下步驟：

S1)在邊坡內(nèi)布置若干個(gè)測(cè)點(diǎn)，每一個(gè)測(cè)點(diǎn)內(nèi)埋設(shè)一個(gè)磁場(chǎng)發(fā)射元件；在邊坡表面選擇n個(gè)參考點(diǎn)(n≥3)，且至少三個(gè)參考點(diǎn)不共線，在每個(gè)參考點(diǎn)布置一個(gè)部分張量磁力梯度儀，用于測(cè)量邊坡內(nèi)的各個(gè)測(cè)點(diǎn)處磁場(chǎng)發(fā)射元件的部分磁場(chǎng)梯度張量，選擇其中一個(gè)參考點(diǎn)為監(jiān)測(cè)時(shí)的坐標(biāo)原點(diǎn)O，并定義監(jiān)測(cè)坐標(biāo)系Oxyz，其中z軸方向必須豎直向上，x軸方向和y軸方向必須與部分張量磁場(chǎng)梯度傳感器的x軸方向和y軸方向保持一致，在監(jiān)測(cè)坐標(biāo)系Oxyz下，測(cè)量參考點(diǎn)的三維坐標(biāo)(x_i，y_i，z_i)，(i＝1，…n，n≥3)，并測(cè)量磁場(chǎng)發(fā)射元件的初始三維坐標(biāo)(x，y，z)；

S2)計(jì)算磁場(chǎng)發(fā)射元件在參考點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度沿著z軸方向的變化率：