邊坡應(yīng)力遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

邊坡應(yīng)力遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

遼寧省東部多山，公路建在山上。初步監(jiān)控道路側(cè)壁主要依靠定期檢查，人工觀察斜身變形，成本適中。近年來隨著電子通信技術(shù)的發(fā)展涌現(xiàn)了多種自動化的監(jiān)測方法，如GPS位移監(jiān)測法、合成孔徑雷達(dá)監(jiān)測法、光纖光柵監(jiān)測法、全站儀監(jiān)測法等1抗剪強(qiáng)度時邊坡應(yīng)力的長期監(jiān)測邊坡內(nèi)部應(yīng)力可以超前于變形反映邊坡巖體穩(wěn)定狀態(tài)的變化。當(dāng)滑體中的剪切力大于滑床對其抗剪強(qiáng)度邊坡就會產(chǎn)生變形。隨著滑體與滑床之間的裂隙逐步加深，滑體積聚的能量增多，產(chǎn)生的剪切力逐漸增大，當(dāng)該力超過滑動面處巖體的抗剪強(qiáng)度時，滑體就會沿滑動面下滑，形成滑坡根據(jù)力學(xué)原理，應(yīng)力變化發(fā)生在物體變形之前，通過對邊坡內(nèi)部的應(yīng)力進(jìn)行長期的實(shí)時的監(jiān)測，可以及時反映邊坡內(nèi)部的應(yīng)力變化，從而預(yù)測到滑坡的產(chǎn)生。系統(tǒng)監(jiān)測模型如圖1所示。首先在滑床上安裝錨索，錨索一端固定在滑床上，另一端伸出地面，用水泥墩固定，錨索牢牢地錨固于穩(wěn)定的基巖中，確保錨固端固定。一旦滑體有下滑趨勢，錨索中的應(yīng)力將發(fā)生變化。錨索的另外一端安裝應(yīng)力傳感器，并進(jìn)行錨索張拉，給錨索施加一定的預(yù)應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)主動監(jiān)測巖體應(yīng)力。通過智能監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測應(yīng)力傳感器受到的應(yīng)力，通過無線網(wǎng)絡(luò)將應(yīng)力數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心。工作人員通過分析軟件進(jìn)行分析，并對滑坡的發(fā)生進(jìn)行預(yù)測2應(yīng)力監(jiān)測與通信系統(tǒng)邊坡遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)由錨固系統(tǒng)、應(yīng)力監(jiān)測與通信系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)三部分組成。系統(tǒng)組成示意圖如圖2所示。錨固系統(tǒng):錨固系統(tǒng)包括錨索和錨具兩部分組成，邊坡應(yīng)力遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)在傳統(tǒng)的錨固系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了應(yīng)力傳感器。應(yīng)力監(jiān)測與通信系統(tǒng):由監(jiān)測主機(jī)、供電系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。監(jiān)測主機(jī)具有接收指令，執(zhí)行監(jiān)測命令并把監(jiān)測到的數(shù)據(jù)通過公用無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸給信息處理系統(tǒng)。供電系統(tǒng)由太陽能電池板和蓄電池組成。信息處理系統(tǒng)根據(jù)用戶的設(shè)定參數(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，計(jì)算出應(yīng)力值和應(yīng)力變化曲線，通過數(shù)據(jù)或曲線圖的方式進(jìn)行顯示。信息處理系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)和通信終端組成。計(jì)算機(jī)上安裝數(shù)據(jù)接收軟件和系統(tǒng)分析軟件，對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析并提供預(yù)警。3遠(yuǎn)程源監(jiān)控技術(shù)的實(shí)施3.1錨固在滑床中錨索由固定在滑床中的錨固段和位于滑體中的自由段組成。錨索監(jiān)測的前提是:當(dāng)滑體有下滑趨勢時，錨索的應(yīng)力有所變化，因而要求錨固段必須牢牢地錨固在滑床中。錨索錨固長度由式(1)和式(2)計(jì)算得到，錨索錨固長度選擇二者的最大值式中:LK—錨索安全系數(shù)，取值范圍1.5～2.0;Nd—預(yù)應(yīng)力筋外徑(單位:mm);n—預(yù)應(yīng)力筋根數(shù)(單位:根);τLD—錨索鉆孔直徑(單位:mm);τ工程中，通常取K為2.0，τ3.2錨索預(yù)應(yīng)力對錨索的影響為了能夠使錨索的應(yīng)力能夠更好地反映邊坡內(nèi)部應(yīng)力變化情況，需對錨索施加預(yù)應(yīng)力。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，預(yù)應(yīng)力值通常取錨索最大載荷的0.2～0.5倍。式中:pp工程中，p3.3監(jiān)測點(diǎn)位置確定監(jiān)測點(diǎn)的布置根據(jù)邊坡坡體大小、巖石種類、坡體高度以及地質(zhì)條件等實(shí)際情況靈活設(shè)置，并結(jié)合分析巖體變形及潛在滑坡區(qū)，將監(jiān)測點(diǎn)布置在滑動影響范圍內(nèi)的典型位置。通常每30m至50m設(shè)置一個監(jiān)測點(diǎn)，多個監(jiān)測點(diǎn)構(gòu)成監(jiān)測線。3.4系統(tǒng)調(diào)度和系統(tǒng)供電系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)用戶15d應(yīng)力監(jiān)測與通信系統(tǒng)采用多周期測量法測量應(yīng)力傳感器的頻率值，根據(jù)廠家標(biāo)定公式自動將頻率值轉(zhuǎn)換為應(yīng)力值，并通過GSM網(wǎng)絡(luò)將測量數(shù)據(jù)發(fā)至服務(wù)器。系統(tǒng)采用太陽能系統(tǒng)供電，20W電池板及12V、7AH鉛酸蓄電池供電，可以實(shí)現(xiàn)充滿一次電，系統(tǒng)可正常工作15d。數(shù)據(jù)的記錄和處理由監(jiān)測軟件自動完成，通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，計(jì)算出應(yīng)力值和應(yīng)力變化曲線，并進(jìn)行預(yù)警分析，實(shí)現(xiàn)藍(lán)、黃、橙、紅四級預(yù)警。4邊坡應(yīng)力值監(jiān)測在某地安裝了應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)4個，在坡底每80m布置1個監(jiān)測點(diǎn)，構(gòu)成監(jiān)測線，錨索施工如圖3所示，現(xiàn)場點(diǎn)位如圖4所示。系統(tǒng)進(jìn)行長時間滑坡監(jiān)測，系統(tǒng)每8h測量一次數(shù)據(jù)，可以根據(jù)應(yīng)力變化情況，遠(yuǎn)程實(shí)時調(diào)整測量時間間隔，通過持續(xù)的監(jiān)測，取得了大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)。由圖5可以看出，4個監(jiān)測點(diǎn)位的監(jiān)測值有差異，原因是不同的點(diǎn)位預(yù)應(yīng)力設(shè)置值不同，而且預(yù)應(yīng)力施加后，不同的點(diǎn)位存在不同的“掉噸”即應(yīng)力松弛現(xiàn)象導(dǎo)致的，屬于正?，F(xiàn)象。總體來看，監(jiān)測點(diǎn)運(yùn)行較為平穩(wěn)，在冬季(11月至3月)應(yīng)力值變低，原因是冬季邊坡中水分連接泥土形成凍土，邊坡滑動力變小。其中3號點(diǎn)附近有水系，表現(xiàn)的尤為明顯。3號監(jiān)測點(diǎn)圖中的直線部分是由于設(shè)備故障，受疫情影響，人員無法前去維修導(dǎo)致，2020年5月份維修后，數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。綜合考慮各點(diǎn)的監(jiān)測曲線趨勢，可見，監(jiān)測曲線平穩(wěn)，曲線的波動符合客觀規(guī)律，該坡體目前處于較為穩(wěn)定狀態(tài)，滑坡發(fā)生概率很低。如果應(yīng)力值出現(xiàn)緩慢上升，說明邊坡內(nèi)部應(yīng)力在聚集，需要加大監(jiān)測頻率;如果應(yīng)力曲線出現(xiàn)快速上升，而且加速度越來越大，則說明邊坡穩(wěn)定程度下降，滑坡概率增加，需要結(jié)合現(xiàn)場裂縫等現(xiàn)象做出滑坡預(yù)警。5邊坡監(jiān)測綜合技術(shù)邊坡應(yīng)力遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)通過錨索獲得坡體內(nèi)部應(yīng)力變化的規(guī)律，具有遠(yuǎn)程、自動采集、無線傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了GPS位移監(jiān)測的不足，可以實(shí)現(xiàn)滑坡的長期監(jiān)測和預(yù)警。該技術(shù)涉及地質(zhì)、土木工程、電子、通信、計(jì)算機(jī)等諸多學(xué)科，是多種技術(shù)交叉融合應(yīng)用的成果，該技術(shù)的應(yīng)用提高了邊坡監(jiān)測的效率和自動化、智能化水平，目前已經(jīng)在阜新市海州礦國家地質(zhì)公園和撫順市西露天礦等地應(yīng)用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效