[發明專利]一種多成因地面塌陷狀況的模擬監測系統及其使用方法

有效

• 申請號: 201711472274.0
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108241049B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 劉瑾;宋澤卓;白玉霞;汪勇;潘成;盧俊杰;錢衛;魏繼紅;孫少銳;祁長青
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 吳樹山

本發明涉及一種多成因地面塌陷狀況的模擬監測系統及其使用方法，該模擬監測系統包括盛土容器、帶有凹形卡槽的底座、監測單元固定架、解調器、數據線和用于控制所述模擬監測系統的數據處理和運行的計算機，其中：所述盛土容器設置在所述底座的凹形卡槽內，盛土容器包括形狀可變的氣體箱、金屬孔板、導氣管、氣體動力源的振動器、增壓/負壓兩用氣泵、用于獲取盛土容器內土層厚度的標尺和固定桿；所述監測單元固定架的上部設置三個監測單元；所述監測單元內設置有微型合成孔徑雷達、光學傳感器和四個距離傳感器。本發明能夠簡便而又精確地在室內模擬土體塌陷狀況并進行實時監測。

本發明屬于工程地質技術領域，特別是一種多成因地面塌陷狀況的模擬監測系統及其使用方法。

背景技術

目前現有的地面變形監測技術，根據監測范圍可劃分為大范圍監測技術和小范圍監測技術兩大類。大范圍監測技術通常采用合成孔徑干涉雷達(INSAR)、全球定位系統(GPS)以及水準測量等。小范圍監測技術主要有傳統的水準測量、基巖標以及分層標等方法。而其中地裂縫的監測技術則十分局限，通常采用位移計等傳感器對已發育到一定程度的地裂縫進行監測，這類監測技術不能對土體內部潛在裂縫的發生和發展進行有效監測和預警。所以研究土體微變形監測技術與儀器是目前熱點，包括光纖傳感技術等。但如何對其精度和工程實用性進行評價目前還是空白。因此，加快研發一種集性能可靠、自動化程度高、觀測精度高、數據量充足、使用簡便和成本可控等為一體的多成因地面塌陷模擬狀況的監測系統是工程地質領域的一項緊迫任務。

發明內容

本發明的目的是為克服現有技術的不足而提供一種多成因地面塌陷狀況的模擬監測系統及其使用方法，本發明能夠簡便而又精確地在室內模擬土體塌陷狀況并進行實時監測。

根據本發明提出的一種多成因地面塌陷狀況的模擬監測系統，其特征在于：包括盛土容器、帶有凹形卡槽的底座、監測單元固定架、解調器、數據線和用于控制所述模擬監測系統的數據處理和運行的計算機；其中：所述盛土容器設置在所述底座的凹形卡槽內，盛土容器包括形狀可變的氣體箱、金屬孔板、導氣管、氣體動力源的振動器、增壓/負壓兩用氣泵、用于獲取盛土容器內土層厚度的標尺和固定桿；所述金屬孔板設置在盛土容器的底部凸起上；所述氣體動力源的振動器通過固定桿與盛土容器連接；所述增壓/負壓兩用氣泵通過導氣管與形狀可變的氣體箱連接；所述形狀可變的氣體箱通過導氣管與盛土容器連接；所述盛土容器下部設置四個增壓水泵；所述盛土容器底部設置三個負壓水泵及對應的抽水管，所述抽水管與盛土容器連接；所述盛土容器的外側面上設有用于獲取盛土容器內水位壓力的測壓管；所述監測單元固定架固定于盛土容器的頂部凹槽內，所述監測單元固定架的上部設置三個監測單元；所述監測單元內設置有微型合成孔徑雷達、光學傳感器和四個距離傳感器。

本發明的實現原理是：由于不同形狀、不同規模的地下洞穴發生塌陷時在土體中會產生不同的影響，本發明運用形狀可變的氣體箱具有良好的伸縮性的特點，可根據實際的情況對其進行調整，使其具有不同的形狀與規模，從而實現對不同形狀、不同規模地下洞穴的模擬，對比現有技術方案，無需進行地下洞穴模擬裝置的更換；同時，結合負壓水泵、增壓/負壓兩用氣泵和氣體動力源的振動器可實現對不同成因地面塌陷的模擬，對比現有技術方案，實現了在一個系統內進行單成因以及多成因的地面塌陷模擬，節省了大量的時間、人力和物力。同時，運用多種高精度的傳感器，可實現對地面塌陷整個過程的監測，為后續的評價分析提供準確的資料。

本發明與現有技術相比顯著優點在于：

一是本發明提出的多成因地面塌陷狀況的模擬監測系統，通過調整其形狀可變的氣體箱的形態，實現對不同規模、不同形態地下洞穴的模擬，避免了現有技術需要進行地下洞穴模擬裝置更換的弊端。

二是本發明提出的多成因地面塌陷狀況的模擬監測系統，通過改變負壓水泵、增壓/負壓兩用氣泵和氣體動力源的振動器的不同組合方案，實現了在一個系統內進行多成因地面塌陷狀況的模擬，避免了現有技術需要大量模擬裝置才可實現多成因地面塌陷模擬的弊端。