DGSI-510邊坡監(jiān)測系統(tǒng)方案_圖文

1、DGSI-510邊坡長期穩(wěn)定性自動化監(jiān)測系統(tǒng)二OO九年一月北京達漢新柯儀器有限公司目錄一、概述 (1二、DGSI-510邊坡監(jiān)測理論基礎 (21、固定式鉆孔測斜儀 (22、TDR監(jiān)測系統(tǒng) (33、孔隙水壓力監(jiān)測 (64、自動雨量計 (7三、DGSI-510邊坡監(jiān)測系統(tǒng)組成 (91、固定式鉆孔測斜儀系統(tǒng) (92、TDR監(jiān)測系統(tǒng) (123、水文動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng) (13四、DGSI-510邊坡監(jiān)測系統(tǒng)的實施 (141、測斜管安裝 (142、固定式鉆孔測斜儀 (173、TDR監(jiān)測系統(tǒng) (214、孔隙水壓力計 (23五、DGSI-510監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理 (241、固定式鉆孔測斜儀 (242、TDR監(jiān)測系統(tǒng)

2、 (293、水文動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng) (31六、系統(tǒng)清單表 (33七、系統(tǒng)應用案例 (35八、DGSI-510邊坡監(jiān)測系統(tǒng)技術指標 (38 一、概述關于斜坡的變形和運動類型,美國人伐納斯(Varnes1978年曾提出崩塌、傾倒、邊坡、側向擴展、流動等類型。我國早期也把他們統(tǒng)稱為“塌方”、“塌方邊坡”、“塌方流泥”,鐵路和公路部門稱其為“路基病害”。后來,隨著研究的深入,逐漸把他們從變形機制和防治上加以區(qū)分。我們按照變形的深度(規(guī)模、運動特征和物質類別將其分為坡面變形,邊坡變形和坡體變形三類。在邊坡變形監(jiān)測中,人們更為關心的是滑體深部,特別是滑動面處的滑移變形和滑動方向。為了了解坡體巖石的變形及穩(wěn)定情況

3、,在本方案中主要采用MEMS固定測斜儀和TDR監(jiān)測系統(tǒng)。鉆孔測斜儀的出現(xiàn)較為圓滿地解決了該問題,現(xiàn)已成為觀測深部橫向(或水平位移的標準手段。由于其適應于各種類型的斜坡且穩(wěn)定可靠,被廣泛應用于邊坡變形監(jiān)測當中。TDR監(jiān)測系統(tǒng)以時間域反射測試理論為基礎,利用同軸電纜的阻抗特性會隨著電纜變形而發(fā)生變化的特點來測量被測對象變形。由于同軸電纜阻抗變化引起的電磁波反射信號和電纜變形量的關系,尚沒有相應的理論基礎,故變形量只能以室內(nèi)重復試驗結果的擬合公式計算,具有很大的或然性。TDR監(jiān)測系統(tǒng)主要用于判別滑體的變形深度部位,它與固定安裝于滑動面部位的鉆孔測斜儀具有很好的互補關系。同時,滑坡的誘發(fā)因素眾多,在自

4、然因素中,水的影響最為明顯,因此對滑坡及滑坡區(qū)域的水文動態(tài)觀測有助于分析滑坡的變形機理和突變原因。本方案中同時針對孔隙水壓力、區(qū)域降水和地下水流量進行監(jiān)測。本系統(tǒng)安全監(jiān)測以儀器為主,人工巡視、宏觀調(diào)查為輔。力求儀器測量與人工巡視相結合。 二、DGSI-510邊坡監(jiān)測理論基礎1、固定式鉆孔測斜儀固定式鉆孔測斜儀觀測的是鉆孔各微小段兩個已知正交方向的傾斜角。傾角傳感器有伺服加速度計式、電解質式、電阻片式、熱對流式、砣螺儀式、數(shù)碼-電子成相式等多種,以前兩種最為常用。隨著技術的不斷改進,目前可達到1弧秒(0.005mm/m的分辨率。為了減小傾角測量誤差,鉆孔測斜儀常用反向180°觀測的方法

5、進行觀測。對于兩個正交方向,使用一組傳感器(稱其為單軸型的測斜儀即需要進行四次全孔觀測。為此,裝置兩組傳感器,一次可同時觀測兩個正交方向的雙軸型測斜儀被越來越多地應用于工程實踐當中。鉆孔測斜儀一般設計為便攜式,由探頭、線纜和讀數(shù)儀三部分組成。探頭的兩組導輪間距通常為0.5m。觀測時由鉆孔底部開始,自下而上每0.5m計錄一個數(shù)據(jù),直至兩組導槽的正反方向觀測完畢。這種探頭在孔內(nèi)按一定的間隔滑動進行觀測(由人工作業(yè)的測斜儀稱為移動式鉆孔測斜儀。與之相反,將數(shù)個探頭固定安裝于待測位置作業(yè)的測斜儀稱為固定式鉆孔測斜儀。鉆孔測斜儀的測量原理:邊坡滑動時,邊坡體鉆孔內(nèi)的測斜管在變形部位發(fā)生彎曲而產(chǎn)生一定的傾

6、斜,以一定的步長(探頭的導輪間距長測定全孔每段測斜管的斜率(傾角變化,利用三角函數(shù)公式即可得出每段的水平變化量。由于測斜管和滑體是結合在一起的整體,從而也就獲得了邊坡變形的深度位置和該位置的水平位移量、位移速率和方向。設測斜儀探頭上下導輪的間距為L,第I段的傾斜角為,則第I段的水平位移量Si=Lsin,水平位移變化量i=Si-Si0,Si0為第一次觀測的水平位移量。對兩組已知方向的水平位移變化量按勾股定理進行合成計算,即可得出該段的水平位移總變化量和位移方向。以鉆孔深度為縱軸,各深度段的水平位移變化量i為橫軸所成曲線圖,稱之為位移變化量隨鉆孔深度曲線;以鉆孔深度為縱軸,自孔底開始,從下至上將每

7、段的水平位移變化量累加值i作為橫軸所成曲線圖,稱為位移(或撓度隨深度曲線;以某一深度部位歷次觀測的水平位移變形量累加值i為縱軸,觀測時間為橫軸所成的曲線圖稱為某深度水平位移隨時間變化曲線。 前兩種曲線可以明顯反映出變形深度部位和變形量,后一種曲線則可以反映出某一深度變形量隨時間的變化情況,從而確定變形的速率。MEMS型固定式鉆孔測斜儀系統(tǒng)采用美國SINCO公司的MEMS型固定式鉆孔測斜儀(MEMS IN-PLACE INCLINOMETER及其配套的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)CR1000-Datalogger。傳感器固定安裝于滑動面底面、中部和頂面。導輪間距視滑動面厚度用無縫不銹鋼管自行裁截延長。探頭傳感器

8、系統(tǒng)采用微結構技術,保證了高精度和良好的重復性。探頭內(nèi)還是集成了靈敏的溫度傳感器,易于進行溫度補償,同時使儀器可以測定安裝部位的溫度變化。傳感器封裝過程采用了先進的玻璃溶焊技術,不會因泄露導致性能下降。MEMS傾斜傳感器的主要技術指標為:測角范圍±10°,分辨率9秒(0.04mm/m,可重復性±22秒(±0.1mm/m,最長標距延伸桿3m,測斜管要求70mm或85mm。該固定式鉆孔測斜儀的優(yōu)點主要有:測量精度高,達0.1mm/m;儀器更加結實耐用,性能更加穩(wěn)定,確保獲取更加精確的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)的可重復性。3可方便固定安裝于待測部位,和CR1000配套實現(xiàn)實時

9、連續(xù)、無人值守的觀測。4對于軟弱地層,發(fā)生突發(fā)位移的剪切變形地區(qū),剛性的測量管道系統(tǒng)也提供了可靠的性能。缺點表現(xiàn)為:安裝前需準確確定滑動面的位置、厚度等信息。2、TDR監(jiān)測系統(tǒng)TDR 是時域反射法(Time Domain Reflectometry的簡稱,它是一種遠程電子測量技術。其最早被應用于電力和通訊工業(yè)上,用于確定通信電纜和輸電線路的故障與斷裂(Rohrig,1931。自從發(fā)現(xiàn)TDR 技術可以測定土壤的含水量以后,TDR 技術在農(nóng)業(yè)上也有了很廣泛的用途(Topp 和Davis,1985。美國礦業(yè)局自20 世紀80 年代也開始采用TDR 技術來進行巖體變形的測量(OConnor 和Dowd

10、ing,1984及尋找長墻煤礦中的塌陷層(OConnor,1991,Dowding 和Huang,1994。同一時期,加拿大礦物及能源技術中心(Canada Centrefor Mineral and Energy Technology,CANMET還將其用于監(jiān)測金屬礦的頂板冒落(Aston,etal,1994,石化公司也用它監(jiān)測靠近拉鏟挖土機的滑坡(Lord,et al,1991。90 年代初,美國加尼福利亞運輸部門進行了深入的試驗,以評價TDR 在遠程及實地監(jiān)測滑坡領域的應用價值(Kane 和Beek,1996。研究的結果加上TDR 技術在其他領域內(nèi)的廣泛應用,使 得TDR技術受到了工程地

11、質界的關注。在歐美等發(fā)達國家,TDR 技術已開始在滑坡監(jiān)測中得到廣泛應用。我國也有部分的地質專家非常關注此技術的發(fā)展。目前,在我國三峽地質災害監(jiān)測項目中已成功應用。TDR監(jiān)測系統(tǒng)以時間域反射測試理論為基礎,利用同軸電纜的阻抗特性會隨著電纜變形而發(fā)生變化的特點來測量被測對象變形。由于同軸電纜阻抗變化引起的電磁波反射信號和電纜變形量的關系,尚沒有相應的理論基礎,故變形量只能以室內(nèi)重復試驗結果的擬合公式計算,具有很大的或然性。TDR監(jiān)測系統(tǒng)在示范區(qū)主要用于判別滑體的變形深度部位,它與固定安裝于滑動面部位的鉆孔測斜儀具有很好的互補關系。TDR監(jiān)測系統(tǒng)提供了埋設于鉆孔內(nèi)的同軸電纜各深度部位的電磁波反射信

12、號,表達方式為以深度h為縱坐標,反射波電壓信號v為橫坐標的反射波電壓信號隨深度分布曲線(h-v曲線。當邊坡某深度部位發(fā)生滑動,同軸電纜將于該處發(fā)生拉伸和剪切變形,反射波電壓信號v發(fā)生變化,在h-v曲線上形成明顯的彎曲點。同軸電纜變形愈大,h-v曲線的彎曲愈明顯。以此可較為準確地判定滑動深度,并可以v信號的變化準定量化地確定滑動量的大小。通過h-v曲線確定了邊坡滑動深度后,可以做出滑動深度位置的反射波電壓信號v隨時間分布曲線(v-t曲線,直觀顯示v的變化過程,進而了解邊坡在該深度的變形發(fā)展趨勢。一個完整的TDR 滑坡監(jiān)測系統(tǒng),一般由TDR 同軸電纜、電纜測試儀、數(shù)據(jù)記錄儀、遠程通訊設備以及數(shù)據(jù)分

13、析軟件等幾部分組成, TDR監(jiān)測系統(tǒng)原理示意圖 3、孔隙水壓力監(jiān)測誘發(fā)滑坡的外因主要有降雨、震動、開挖及水庫蓄水等。其中以集中降雨為最普遍的誘發(fā)因素。降水滲入滑坡體內(nèi),引起滑體內(nèi)含水率增大或水位升高。當滑帶處土壤的含水率增大并趨向飽和時,土壤的粘聚力和摩擦阻力均會減小,從而降低了滑帶土的抗剪強度,引致滑坡發(fā)生?？紫端恼龎毫χ捣从沉藴y量探頭至飽和層上界限的水柱高度,而負壓值則反映了土體內(nèi)水分含量的變化規(guī)律,因而監(jiān)測滑坡體特別是滑動帶處的孔隙水壓力變化具有十分重要的意義。此外,通過降雨量、庫水位和孔隙水壓力監(jiān)測資料對比,可大致確定三者時間上的滯后特點,從而據(jù)降水、庫水位觀測資料,提前預測滑坡變形

14、。 項目研制的孔隙水壓力監(jiān)測儀利用密封充水的微孔陶瓷筒內(nèi)壓力對巖(土體飽水程度的敏感作用,來測定巖(土體的含水率(不飽水時,量程1100%和孔隙水壓力(-80200Kpa、水頭高度(飽水時及溫度(070等多個參數(shù)。當孔隙水壓力探頭處的巖土體水分不飽和時,孔隙水壓力u為負壓,飽水度Sr 介于0100%之間;巖土體水分飽和時,飽水度Sr為100%,孔隙水壓力u為正壓,可將正壓力換算為水頭高度,從而得出地下水位Hw?？紫端畨毫ΡO(jiān)測儀在水分飽和和非飽和狀態(tài)下,均可測定相應的參數(shù),同時附加了探頭部位巖土體的溫度參數(shù)(Tw,作為變形分析的佐證。 一般來說,滑動帶飽水度增大或者水位升高,對滑坡穩(wěn)定性會產(chǎn)生負

15、面影響。飽水度隨時間曲線(Sr-t曲線和水位隨時間曲線(Hw-t曲線反映了地下水動態(tài)的變化過程。天然降水、人工給排水和庫水位調(diào)蓄條件下,地下水位和飽水度均會產(chǎn)生一定的變化,當這種變化劇烈,表現(xiàn)為Sr-t曲線和Hw-t曲線出現(xiàn)驟然升降時,應引起關注。強降水和持續(xù)降水滲入滑坡體內(nèi),引起飽水度增大或水位升高,通過降雨量和孔隙水壓力監(jiān)測資料對比,可大致確定二者時間上的滯后特點,判斷滑坡的滲透速度。水庫回水和降水條件下,滑坡內(nèi)的水位會隨之升降,通過監(jiān)測資料對比,亦可確定二者在時間上的相關性。地下水動態(tài)的變化是否對滑坡變形產(chǎn)生的影響及影響的程度,可通過深部位移、地表位移和地下水動態(tài)在時間上、變化量上的相關

16、性進行判別。 降水、地下水、庫水的演化及三者對滑坡巖土體的相互作用是極其復雜的,若能確定其相關臨界值和時間上的滯后特點,便可據(jù)庫水位、降水觀測資料,提前預測滑坡變形, 甚至可據(jù)水庫調(diào)蓄計劃和降水預報成果,超前預測變形發(fā)展趨勢,采取預防措施,防患于未然?？紫端畨毫νㄟ^隔膜、張緊的鋼弦和電磁線圈將水壓力轉變?yōu)轭l率信號,孔隙水壓力的將隔膜壓力的變化轉化為鋼弦的張力變化。當電磁線圈受激發(fā),鋼弦以自然頻率振動,產(chǎn)生頻率信號傳到讀數(shù)設備,讀數(shù)設備處理信號并顯示讀數(shù)。反映隔膜壓力與讀數(shù)儀頻率信號關系的率定系數(shù)可以確保獲取高精度壓力值,壓力值可以是任何工程單位表示?？紫端畨毫ΡO(jiān)測系統(tǒng)以振弦式滲壓計為主要測量傳

17、感器。4、自動雨量計大氣降水是滑坡致災的最主要外因。降水對滑坡的作用是一個動態(tài)過程,大氣降水注入滑體,增加巖土的含水量、增大巖土體容重、軟化巖土、降低巖土的抗剪強度。降雨滲入到風化巖土體之下的基巖面或斷水層面變成潤滑劑,降低了接觸面的抗滑性質,進而導致滑坡的發(fā)生。因此,監(jiān)測滑坡區(qū)降水量,研究降水量、降水強度、降水過程和地下水動態(tài)的關系及對滑坡變形和穩(wěn)定性的影響,是滑坡災害監(jiān)測的重要輔助方法和任務之一。 雨量計是降水量觀測的主要設備,由以往的虹吸式到目前常用的翻斗式,其精度和自動化程度得到了明顯的改善。當降雨量達到0.1mm時,滿水的翻斗傾倒、積水流出,并觸發(fā)一個開關量由計數(shù)器記錄。同時,和其呈

18、翹翹板狀的另一個同樣容量的翻斗接收雨水,直至下一次傾倒。如此反復。在某一時間段內(nèi)記錄翻斗傾倒的次數(shù),即可知該時間段的降水總量。通過對時間段的控制,可方便得出降水強度。降雨量監(jiān)測獲取的是一次降水過程的降水量和降水強度,表征了降水的多寡和降水的強度。一般情況下,強降水和持續(xù)降水會對滑坡產(chǎn)生較大影響,但作用的機理與過程并不相同。強降水表現(xiàn)為強烈的坡面沖刷,動水壓力作用,時間短,速度快;而持續(xù)降水過程表現(xiàn)為降水入滲至滑坡體內(nèi)部,引起地下水位升高或飽水度增大,靜水壓力增加,水巖作用加強,相比時間較長,速度較慢。降水量隨時間曲線(X-t曲線和降水強度隨時間曲線(h-t曲線直觀地反映了一次降水過程降水量的大

19、小和降水 的強度,在曲線上表現(xiàn)為一個個的峰值“突起”,在一段時間內(nèi),當連續(xù)出現(xiàn)多個峰值或峰值大小異常增大,意味著發(fā)生了持續(xù)降水或強降水過程,需密切關注其后一段時間地下水位和滑坡深部、表面位移量的變化,分析降水的對滑坡穩(wěn)定性的影響。 三、DGSI-510邊坡監(jiān)測系統(tǒng)組成1、固定式鉆孔測斜儀系統(tǒng)一套完整的MEMS固定測斜儀系統(tǒng)包括ABS測斜管,MEMS固定測斜儀傳感器,信號電纜,懸掛裝置,延伸桿,數(shù)據(jù)采集單元CR1000和軟件等。1測斜管:選擇直徑70mm的測斜管。2雙軸傳感器:雙軸傳感器還可以測量垂直于測輪所在平面的傾斜。3測輪:每支傳感器配備一個測輪。根據(jù)測斜管的孔徑大小70mm選擇測輪。頂部

20、測輪上有一個金屬圈,用來連接不銹鋼懸傳感器懸掛在測斜管內(nèi),通過懸掛一根鋼纜固定在此。測斜管安裝過程中,一組凹槽需對準在預期的位移方向。傳感器的導輪需插入到該凹槽中,以保證傳感器的正確定位。每個傳感器的標距長度就是這兩個固定測輪間的距離。位移的預期方向測斜管安裝過程中,一組凹槽需對準在預期的位移方向。傳感器的導輪需插入到該凹槽中。 掛纜索。也有一個插口,用來連接標距延伸 桿。底部測輪直接連接底部傳感器,下端沒 有插口。中部測輪常用來連接傳感器。中部測輪 直接固定在傳感器的下端,用來與下端的標 距延伸桿連接。4標距延伸桿的長度:延伸桿的尺寸通常是被做成標準的長度, 1米,2米或3米。5信號電纜:標

21、準傳感器需訂購信號電纜。每一支傳 感器指定電纜長度。從傳感器的位置到數(shù)據(jù)采 集單元的位置,電纜順序并行連接。6管口懸掛裝置:每個測孔需要一套懸掛裝置。包括上部 測輪組、夾具和掛環(huán)、S形掛鉤。不包括電 纜。7數(shù)據(jù)采集裝置:Slope Indicator 推薦使用CR1000數(shù)據(jù) 采集裝置?？芍苯舆B接2支雙軸傳感器,使 用AM16/32多路連接器可同時連接16支雙軸 傳感器。定位工具一般用于水平式固定測斜儀的安裝,但也可用于垂直式安裝。定位工具:包括滑輪裝置和頂夾。夾具固定在測斜管頂部用于夾緊定位管。頂部測輪頂部測輪標距桿傳感器底部測輪底部測輪中部測輪單支傳感器傳感器串 8軟件:應用數(shù)據(jù)采集裝置采

22、集數(shù)據(jù)必須使用通訊軟件。在處理數(shù)據(jù)并生成圖形曲線時需要使用數(shù)據(jù)處理軟件。 固定測斜儀傳感器ABS測斜管 2、TDR監(jiān)測系統(tǒng)TDR監(jiān)測系統(tǒng)主要由電脈沖信號發(fā)生器、傳輸線(同軸電纜、信號接收器三部分組成。 3、水文動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)該系統(tǒng)主要由孔隙水壓力計(滲壓計,自動雨量計構成。 雨量計翻斗式雨量筒可測量0.1mm的降水增量。雨量筒通過翻斗來測量降雨量,降雨通過漏斗進入機械式翻斗,當翻斗充滿到標定線時自動傾斜倒掉雨水,從而通過翻斗的反轉次數(shù)來測量降雨量。該產(chǎn)品可與數(shù)據(jù)采集器連接。用戶可以根據(jù)實際需要來定制線纜長度。技術規(guī)格:溫度范圍:050精度:±1%(10mm/hr,±3%(10

23、20mm/hr,±5%(2030mm/hr 每斗雨量: 0.1 mm尺寸:外徑24.5 cm,高29.21 cm材質:鋁重量:1.1kg 四、DGSI-510邊坡監(jiān)測系統(tǒng)的實施1、測斜管安裝(1、鉆孔及其要求首先應熟悉觀測布置及設計,在鉆孔前要掌握孔位高程、座標、孔深及孔徑要求等,由測量隊正確放點,孔位確定后,用地質鉆機鉆孔,要求鉆孔盡可能垂直,鉆孔鉛垂度偏差應小于±3°。一般開孔孔徑為130150mm,終孔直徑110mm,終孔孔徑應大于測斜管外徑30mm,要求鉆孔壁平整光滑且軸線一致,能使灌漿管順暢上下。鉆孔結束后要清洗,清除孔內(nèi)殘留的巖粉,并核實鉆孔深度和測斜

24、度。測斜儀孔必須將巖芯盡量取全,并按鉆探要求作地質編錄,對于軟弱夾層(尤其是可能產(chǎn)生滑動的軟弱夾層的產(chǎn)狀、分布特點、厚度及物理力學性質應當查明。鉆孔深度一般應超過最深位移帶5m,深入穩(wěn)定基巖內(nèi)。(2、測斜管埋設前的準備 將所有測斜管進行檢查:(建議選用SINCO ABS測斜管包括測斜管是否平直,兩端是否平整,凹槽是否暢通,管接頭是否能與測斜管順利聯(lián)接,并用毛巾將接頭的灰塵擦掉,對于不合格的測斜管則應選出不用。對測斜管進行預接:相鄰兩管用管接頭緊密連接,連接時應使導槽嚴格對正,不得偏扭,必須保證裝配好的測斜管導槽的扭轉角每3m不超過1°,全長范圍內(nèi)不超過5°。在管接頭處做好對

25、準標記和編號,以保證在現(xiàn)場順利安裝 準備安裝用零星材料:包括粘合劑(如美國的ABS塑料粘合劑或AB膠等,拉芯不銹鋼鉚釘(規(guī)格4.0mm×10mm,安裝每個接頭需8顆鉚釘,鉆頭(4.0mm,塑料粘膠帶等;購買灌漿管(連續(xù)的塑料管,單根長度大于孔深約5.0m。 準備安裝工具及配件:包括測斜管孔底的堵頭(可自行按測斜管規(guī)定設計加工,鏈子鉗2把,鋼繩(3.0mm若干米,模擬探頭、羅盤、電鉆和手搖鉆各1把,拉鉚槍2把,導向板一塊。 孔底堵頭的安裝:將第一根測斜管內(nèi)外灰塵擦掉,用粘膠劑涂在堵頭上,將堵頭塞入測斜管內(nèi),待膠凝固后用電鉆在互相垂直的四個方向鉆四個與鉚釘規(guī)格相同 的孔,用拉鉚槍鉚上鉚釘

26、,然后用防水膠帶將結合處密封好。(3、測斜管的安裝與埋設 將鋼繩的一端從堵頭預留孔中牽出成雙股,通過鉆架上的滑輪,卷在鉆機的卷揚機上,將第一根測斜管逐漸放入鉆孔內(nèi),至測斜管剩下80cm左右高出孔口時用鏈子鉗將測斜管卡在孔口并固定,控制其中一組導槽方向與預計主滑方向一致。 用毛巾擦掉測斜管接頭處的灰塵,涂上塑料粘合劑,按照預先做好導槽對準標記和順序編號,將另一根測斜管的凹槽對準下部測斜管的凹槽插入下部測斜管的預接接頭內(nèi),若接頭為平接頭,則需借助相應規(guī)格的導向板導向,以保證兩測斜管的凹槽對準。 在管接頭的1/4高度處避開凹槽用手電錘鉆互相垂直的四個孔,鉆孔規(guī)格與鉚釘規(guī)格一致,在無電時可用手搖鉆鉆孔

27、。 用拉鉚槍將鉚釘鉚入鉆孔內(nèi),將上、下測斜管鉚接好,并在鉚釘處涂上粘膠密封,進而將管接頭處用塑料膠帶密封,并將鋼繩用細鋼絲纏在測斜管上。 取下鏈子鉗,將其卡在第二根測斜管80cm左右的高度,在鉆機配合下緩慢地放鋼繩,使測斜管慢慢放入鉆孔內(nèi)。 重復過程,至測斜管全部下放到孔內(nèi)。 用地質羅盤測定凹槽的方位,并進行調(diào)整,使某一凹槽的方向與設計的凹槽方位角或預計的主滑動方向一致(定為A-A向,并固定好測斜管,至此基巖鉆孔測斜管的安裝完畢。 用模擬探頭檢查導槽是否暢通,并用測扭儀測量其扭轉角。(4、回填灌漿基巖測斜管安裝完成后,按要求應將測斜管與鉆孔之間的環(huán)狀間隙用水泥回填。具體方法如下: 灌漿管可采用

28、的20mm的塑料管,將塑料管沿測斜測斜管與鉆孔的環(huán)狀間隙下放孔內(nèi),一直到距孔底1.0m處為止。應緩慢下放灌漿管,以防止破壞測斜管的接頭。為保證灌將效果,可放置兩根灌漿管,1根置于孔底,另1根置于鉆孔中部。 按照設計要求,水灰比為0.5左右,用灌漿泵將漿液送入灌漿管內(nèi),由下而上進行灌漿。 水泥漿凝固后的彈性模量應與鉆孔周圍巖體的彈性模量接近。 灌漿完畢后,一般漿液經(jīng)過一晝夜的沉淀,孔口下一定范圍內(nèi)將澄為清水,故可用人工灌漿對此段進行回填。 全部灌漿工作完成后,應用模擬探頭對全孔再次探測,以了解導槽是否暢通及是否有漿液滲入測斜管內(nèi),應作好管口的保護工作?？卓谝话銘?27mm鋼管套在測斜管外作保護

29、,保護管長度23m,并在鋼管上焊接蓋板及掛鉤,以便上鎖保護。采用保護箱保護,以防異物掉入測斜管內(nèi),并保護測斜管不受人為破壞。 量測導槽的方位角,用模擬探頭對全孔再次探測,以了解導槽是否暢通,并記錄孔口座標、高程,對安裝埋設過程中發(fā)生的問題應作詳細記錄,并掌握測孔的實際觀測深度。 按照施工圖紙所示或監(jiān)理指示澆筑孔口混凝土保護墩和安裝孔口保護蓋板,并上鎖保護。(5、安裝記錄表每個測斜孔有一張安裝記錄表。 2、固定式鉆孔測斜儀(1、概述i.將MEMS固定測斜儀傳感器按次序放置好。ii.將第一支傳感器放入選定的一組導槽內(nèi),傳感器的固定輪應指向預期的位移方向。iii.將傳感器沉入測斜管內(nèi),測量管頂部應露

30、出測斜管。iv.將下面?zhèn)鞲衅鲗蔬x定導槽(見步驟ii,并連接到下面一支傳感器的測量管。v.將傳感器沉入測斜管,繼續(xù)步驟和直至全部傳感器安裝完畢。vi.準備懸掛部件或定位部件。vii.繼續(xù)下面?zhèn)鞲衅髦敝镣瓿蓚鞲衅鞔陌惭b,結束頂部安裝。(2、必要工具y需一根安全繩與底部傳感器連接以防止傳感器落入管中。y管子鉗用于在安裝下一支傳感器時固定住測量管。y17mm厚的固定式扳手用于上緊管夾。y用于固定鋼繩的工具和夾緊頂部管夾的六角扳手。y乙烯樹脂膠帶將電纜固定在測量管上。(3、準備工作i.記下每支傳感器的產(chǎn)品編號及安裝位置。ii.按次序放置好每支傳感器,以備安裝。iii.安裝前切勿打開電纜,以免弄亂,妨

31、礙安裝。(4、安裝底部傳感器i.在底部傳感器上連接安全繩(尼龍或鋼絲繩,確保該繩子不掉入管內(nèi)。ii.將第一支傳感器放入預選的導槽內(nèi)。固定輪對準預期的位移方向,檢查固定輪上是否有擺動夾。 iii. 將傳感器放進測斜管內(nèi),將電纜固定在測量管上。用夾具固定住測量管的頂部,進入下一支傳感器的安裝。(圖1(5、安裝下一支MEMS 固定測斜儀傳感器i. 將下一支傳感器連接到在傳感器下方的標距延伸桿上,如圖所示。繼續(xù)連接傳感器,直到傳感器串安裝完成。在安裝過程中請注意下面幾點:ii.禁止將傳感器在測斜管中扭轉,這會造成測輪損壞或者使他們脫開凹槽。 iii. 當您把傳感器下放到測斜管中的時候,請檢查固定測輪是

32、否按照適當?shù)姆较蚺帕?。iv. 確保安全繩的整潔,以便他們不會相互纏繞打結。 確保信號電纜和安全繩固定在標距延伸桿上。安全繩可以從測輪裝置上穿越過去。 彈性 測輪 固定 測輪將傳感器測輪插入到預期位移方向的一組凹槽中。 將傳感器定向,其中固定測輪指向位移方向。放低傳感器,然后夾緊標距延伸桿。 檢查固定測輪是否指向預期的位移方向。確保安全繩的整潔,以免干擾測輪。 (6、安裝頂部測輪i.將頂部測輪與標距延伸桿連接。 ii. 檢查懸掛纜繩,確保其牢固連接。(7、懸掛傳感器iii. 檢查懸掛纜繩已經(jīng)完全緊固。iv. 使用鏈條和S 掛鉤,以便調(diào)節(jié)傳感器的最終懸掛深度。(8、取出傳感器時應注意的問題當您取回

33、傳感器串的時候,您必須拆卸傳感器串,從測斜管中一次取出一支傳感器。否則,將會對傳感器測輪和標距延伸桿造成損壞。1 將每支傳感器向上拖拉。2 夾緊傳感器下面的標距延伸桿。斷開傳感器連接,然后重復操作。如果您還打算以后重新安裝傳感器,請檢查他們是否仍然是按編號順序安裝的。頂部測輪 懸掛纜繩 3、TDR監(jiān)測系統(tǒng) 首先,在所要量測的坡面鉆孔,放入同軸電纜,將TDR電纜與電纜測試儀相連,然后用水泥漿灌注,以使電纜的變形與坡面的滑動保持一致。數(shù)據(jù)記錄儀連接到電纜測試儀之上,它對電纜測試儀起控制作用,記錄和存儲從電纜中反射回來的脈沖供以后分析。值得注意的是,在此過程中,選擇一種合適的同軸電纜可以提高監(jiān)測精度

34、。然后,通過室內(nèi)標定,建立起剪切和拉伸作用與TDR波形的量化關系。這樣,就可以分析得到剪切和拉伸作用的大小。而發(fā)生剪切或拉伸的位置則可由行程時間法從波形 中計算得到。此外,數(shù)據(jù)記錄儀還可連接遠程通訊設備,如移動電話或是短波無線電裝置等,將收集的數(shù)據(jù)發(fā)送到遠處。TDR 系統(tǒng)中還可配備多路復用器,以對多點進行同時監(jiān)測。在實際邊坡工程中,直接將同軸電纜埋置在土體中將很可能在電纜周圍產(chǎn)生土體繞流,很難保證同軸電纜與邊坡土體的同步變形。因此在埋設電纜時應在電纜與鉆孔之間填充水泥砂漿,通過水泥砂漿體向同軸電纜傳遞土體變形產(chǎn)生的剪切力,進而使?jié)仓谄渲械耐S電纜產(chǎn)生剪切變形。 4、孔隙水壓力計以下說明中假設

35、滲壓計安裝在鉆孔的底部。(1、在滲壓計需要埋設的深度下鉆一個孔。用水或可降解泥漿沖洗孔壁。(2、在孔中放一些砂子:用漏斗導管把鉆孔底部的砂子弄濕,輕微的拉鉆頭護管,使它總始終保持在砂子層上面。當砂子達到埋設滲壓計的深度時,將滲壓計放入鉆孔中。用漏斗管在滲壓計周圍回填沙子,再次上拉護管,始終保持在砂層上端。直到滲壓計上面至少有6英寸(約15厘米厚的砂子。注意:有時滲壓計放在有沙子的帆布包中,帆布包就相當于砂子層。(3、用膨潤土密封,通常要1英尺(大約30厘米厚,但要根據(jù)設計說明填至到必需的厚度。然后,小心地把漏斗護管拉起至膨潤土層上面。在密封位置的地方慢慢的放下碎石壓實土層。通常回填膨潤土密封層

36、需要2到3個小時,但這要看您所使用的膨潤土的具體說明來確定準確的時間。讓鉆孔中始終充滿水,使膨潤土完全與水混合阻止其從周圍土中吸收水分。(4、回填膨潤土水泥砂漿。(5、安裝完立刻讀數(shù),此時讀數(shù)值較高,讀數(shù)會隨著泥漿的固化而減小。安裝后的讀數(shù)穩(wěn)定與否取決于土壤的滲透性。根據(jù)當?shù)氐那闆r,安裝幾天后可以進行讀數(shù),設定讀數(shù)周期(當壓力穩(wěn)定后。(6、結束安裝,用防水的外殼或防水接頭保護電纜是很重要的。應在繼續(xù)進行的施工建設中保護已安裝的儀器,并用樁子標記它的位置。 五、DGSI-510監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理1、固定式鉆孔測斜儀 用AM16/32多路傳輸器連接單軸傳感器 將雙軸傳感器連接到CR1000(1、簡

37、介y 因涉及大量的數(shù)據(jù)讀取和計算,因此數(shù)據(jù)處理一般自動進行。y 下面說明如何利用率定記錄表,并舉例將電壓讀數(shù)轉換為偏移值(mm的方法。(2、率定記錄表每支IPI傳感器均有獨自的率定記錄,每支傳感器的率定記錄是唯一的,因此從傳感器的序列數(shù)可以找出與其對應的率定記錄。傳感器率定表提供兩組率定參數(shù)。一組列出的參數(shù)是電壓轉換成傾斜單位mm/m的系數(shù),同時也包括溫度修正計算參數(shù)。另外一組列出的參數(shù)是電壓轉換成傾斜單位度的系數(shù),同時也包括溫度修正計算參數(shù)。A軸傳感器的參數(shù)帶一個下標A,B軸傳感器的參數(shù)帶一個下標B。 率定表的后半部為如何應用率定系數(shù)。(3、電壓轉換成傾斜值將電壓值轉換為傾斜值mm/m或角度

38、,應用下列公式:Tilt = C3×Volts3 + C2×Volts2 + C1×Volts + C0這里,mm/m或角度值取決于所應用的系數(shù)。C2到C0為A軸貨B軸系數(shù)。電壓值(Volts為傳感器的輸出值。(4、溫度修正下面的公式顯示如何使用溫度調(diào)節(jié)傾斜值。Temp Corrected Tilt = Tilt (T1 × TdegC + T0溫度-傾斜修正值 = 傾斜值 - (T1×系數(shù) + T0這里,傾斜值為第一個公式計算出來的數(shù)值。T1和T0為mm/m或角度C的溫度系數(shù)。TdegC為在位于角度C的時候傳感器的溫度讀數(shù)。(5、示例(傾斜單

39、位mm/m傳感器14295在18度的時候讀出A軸數(shù)據(jù)為2.3V。率定系數(shù)為C3_A=-1.2508E-2,C2_A=-3.6652E-2,C1_A=7.2839E1,C0_A=-3.9469。將這些參數(shù)帶入上一頁的公式中。Tilt = C3×Volts3 + C2×Volts2 + C1×Volts + C0 該傳感器的溫度系數(shù)T0_A=-3.3162E-1,T1_A=2.4139E-2。使用這些參數(shù)來進行溫度修正。Temp Corrected Tilt = Tilt (T1 × TdegC + T0 (6、示例(傾斜值為角度傳感器14295在18度的時

40、候讀出A軸數(shù)據(jù)為2.3V。率定系數(shù)為C3_A_deg = -3.0241E-3, C2_A_deg =-2.7405E-3,C1_A_deg=4.1733E0, C0_A_deg=-2.2612E-1。 將這些參數(shù)帶入上一頁的公式中。 該支傳感器的溫度系數(shù)T0_A_deg = -1.9109E-2,T1_A-deg = 1.3911E-3。使用這些參數(shù)來進行溫度修正。 (7、計算偏移量計算傳感器標距長度的位移偏移量,使用下列公式中的一個。 偏移量mm = 傾斜值mm/m × 標距長度m, 或者偏移量mm = sin(傾斜角度× 標距長度mm計算偏移量示例傳感器14295標距

41、桿長度為2米。下面的示例使用溫度修正傾斜值。 計算位移位移是偏移量的變化值。 位移值 = 偏移量當前 偏移量初始(8、傾斜與位移的方向單軸傳感器測得的傾斜是指平行于傳感器測輪所在平面的傾斜。該平面被叫做A軸。A軸讀數(shù)可以是正的也可以是負的。正的讀數(shù)表示傳感器沿著固定測輪方向在傾斜。負的讀數(shù)則表示傳感器沿著彈性測輪方向傾斜。 雙軸傳感器測得的傾斜是指測輪所在平面(A 軸和測輪旋轉90度所在的平面(B 軸的數(shù)據(jù)。正的A 軸讀數(shù)表示傳感器沿著固定測輪方向在傾斜。正的B 軸讀數(shù)表示傳感器沿著順時針旋轉90度后所在方向的傾斜值。位移方向則與其原理相同。在下圖中,是傳感器頂部的視圖。 固定測輪彈性測輪固定

42、測輪彈性測輪 2、TDR監(jiān)測系統(tǒng) TDR傳輸線模型同軸電纜在剪切作用下,電纜局部發(fā)生剪切或者拉伸變形,從而局部阻抗發(fā)生變化。通過分析這種情況下的TDR波形,則可以確定剪切力的大小或者電纜變形的程度,從而判斷坡面的穩(wěn)定性?？捎糜邢拊椒ㄓ嬎懔送S電纜幾何特性的改變對其電容的影響,并分析了由此引起的TDR波形的變化,從理論上在同軸電纜的幾何變形與反射系數(shù)的幅值變化之間架起了一座橋梁。TDR 信號實際上是由TDR電纜的反射波組成的。如果TDR電纜產(chǎn)生變形,它的反射波中就會出現(xiàn)尖峰脈沖。 不同的電纜變形在TDR信號中表現(xiàn)為不同的尖峰脈沖。電纜受損的嚴重程度可以通過尖峰脈沖的長度和幅度來反映。位于切變處

43、的電纜反射出一個電壓的尖峰信號,該信號隨著剪切變形的程度而成正比例地上升。電纜即將斷裂時,出現(xiàn)明顯地尖峰信號。在斷裂發(fā)生之后,則記錄到永久性的反射。在張力的作用下,電纜反射的波形是類似波谷的電壓信號,其長度隨著電纜變形的加劇而增加。在斷裂發(fā)生的當時,可以從電纜測試儀上觀察到一個細小的頸縮波谷,它與剪切破壞所 反射的電壓波形之間可以區(qū)分開來。為了便于監(jiān)測地層的移動,TDR系統(tǒng)要求以固定的時間間隔來讀取電纜所反射的信號。地層的移動,例如事故地區(qū)的滑坡將使電纜產(chǎn)生各種形變,從而改變電纜的阻抗特性并產(chǎn)生相應的尖峰脈沖反射。這種改變可以用來確定剪切移動的位置。隨時間而變化的電纜阻抗與地層的移動速率之間具

44、有相關性。通過讀取電纜反射波形的數(shù)據(jù),可以監(jiān)測地層的移動。隨著反射波形地強度增加,可以預測某個區(qū)域的地層可能會發(fā)生斷裂。 3、水文動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)(1、孔隙水壓力計通常應該讀取頻率數(shù)值而不是壓力值,參照傳感器率定資料提供的系數(shù),通過頻率值計算出壓力值。這需要進行一些修正,根據(jù)實際情況確定需要進行那些修正,在操作手冊中有詳細的介紹。1、傳感器率定資料每個滲壓計都有自己的率定資料,通過傳感器的出廠編號可以找到相應的率定資料。i.系數(shù)ii.ABC系數(shù):率定資料中的ABC系數(shù)與“manual”中的相同?？梢园杨l率值轉化為其它不同的單位值?？梢杂糜陬愃艱ataMate MP讀數(shù)儀的程序中,或電子表格中。記住

45、最好使用原始的讀數(shù)(Hz 和,在計算機上處理的結果要比在讀數(shù)儀或data logger上處理的結果更好。iii.溫度系數(shù):這兩個系數(shù)可以用于校正對溫度有影響的壓力值。這些系數(shù)應用于從傳感器讀數(shù)裝置中的thermistor 或 RTD檔位的溫度讀數(shù)。舊的率定表中只列有一個溫度系數(shù)。iv.溫度偏移系數(shù):這個系數(shù)表示傳感器內(nèi)置thermistor 或 RTD測出的溫度與NIST-traceable傳感器讀出的溫度值的差。如果您需要精確的溫度值,把這個系數(shù)加到讀出的溫度值中。但不要在計算溫度修正時加這個系數(shù)。2、換算壓力值i.從傳感器率定資料選擇需要的壓力單位,查到相應的ABC值;ii.按下面的公式帶

46、入ABC值: 壓力讀數(shù)=AX+BX+C這里X代表頻率讀數(shù)Hz,A,B,C是傳感器率定表中的系數(shù)。iii.計算壓力變化用當前讀數(shù)減去初始讀數(shù),正值表示壓力增加,負值表示壓力減小。Pressure =Pressure current-Pressure initial(壓力變化值=當前壓力值-初始壓力值(2、自動雨量計均接入數(shù)據(jù)自動采集單元中,由軟件統(tǒng)一處理分析。 六、系統(tǒng)清單表注:此表為中國地質環(huán)境監(jiān)測院某項目中使用的儀器列表,僅供參考。編號 產(chǎn)品型號 項目名稱 單位數(shù)量備注1 ABS標準測斜管1.1 BSI-CX-7851 標準測斜管(85mm 米 901.2 BSI-CX-7852 測斜管接頭

47、 個 301.3 BSI-CX-7853 測斜管管蓋 個 62 固定測斜儀系統(tǒng) 套3 包括以下5項2.1 SINCO 57804122 固定測斜儀傳感器 支 45 帶2米電纜2.2 SINCO 56805032 85mm測斜管用測輪 套 452.3 SINCO 16804222 2米標距延伸桿 根 452.4 SINCO 56804312 85mm測斜管用管口懸掛組件套 32.5 BSI-CX-2214 不銹鋼纜索 米 153 弦式滲壓計 套 33.1 SINCO 52611030 振弦式滲壓計 個 15 帶2米電纜4 時域反射技術采集單元 套 3 包括以下5項4.1 SINCO 601014

48、64 TDR100 個 34.2 SINCO 60101456 SDMX50XP-TDR多路接線器 個 64.3 SINCO 56705030 ENC10/12保護箱 個 34.4 SINCO 60101704 SDM電纜 根 34.5 SYV-50-3 同軸電纜 米 1500國產(chǎn)或類似性能產(chǎn)品5 雨量信息系統(tǒng) 套 3 包括以下1項5.1 SINCO 60101010 雨量計 套 6 帶5米電纜6 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 套 3 包括以下4項6.1 SINCO 56701000 CR1000測量控制模塊 個 36.2 SINCO 56703120 PS12LA電源 個 36.3 SINCO 567031

49、24 AC適配器 個 36.4 SINCO 56704010 SC32B RS-232接口 個 3 6.5 SINCO 56705020 ENC16/18保護箱 個 36.6 SINCO 56702110 AM16/32多路接線器 個 36.7 SINCO 56701510 AVW1 弦式傳感器轉換模塊 個 37 軟件系統(tǒng) 套 2 包括以下2項7.1 SINCO 56708020 Loggernet支持軟件 套 27.2 SINCO 56708050 數(shù)據(jù)處理軟件 套 28 通訊系統(tǒng) 套 3 包括以下1項8.1 H16GM GPRS無線傳輸模塊 套 6 國產(chǎn)或類似性能產(chǎn)品9 需客戶自行采購配件

50、,數(shù)量根據(jù)各工程不同情況確定9.1 供電電纜 米 如現(xiàn)場有電源則可不考慮9.2 同軸電纜 米 TDR傳輸數(shù)據(jù)專用9.3 BSI-SC-1204 七芯屏蔽電纜 米 固定測斜儀傳感器專用 9.4 BSI-SC-1207 四芯屏蔽電纜 米 滲壓計專用該工程使用了3套該系統(tǒng),每一套中的固定測斜儀系統(tǒng)由15支固定測斜儀傳感器組成,在ABS測斜管中,每支傳感器間距2米,每個測孔30米深。 七、系統(tǒng)應用案例項目簡介根據(jù)中國地質調(diào)查局2003年部署的地質調(diào)查計劃項目地質災害監(jiān)測預警關鍵技術方法研究與示范(項目編號:1212010340205,由中國地質調(diào)查局水文地質工程地質技術方法研究所(現(xiàn)為:中國地質調(diào)查局水文地質環(huán)境地質調(diào)查中心承擔并組織實施,重慶市巫山縣國土資源局、重慶市地質環(huán)境監(jiān)測總站等單位參加。巫山縣地質災害預警示范站的建立及運行,系地質調(diào)查項目地質災害預警關鍵技術方法研究與示范的工作內(nèi)容之一。其總體目標任務是:建立基于鉆孔傾斜儀深部位移監(jiān)測、GPS地表變形監(jiān)測、時