本發(fā)明屬于滑坡監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其與一種基于次聲技術(shù)的滑坡監(jiān)測(cè)模型裝置及其試驗(yàn)方法有關(guān)。

背景技術(shù)：

滑坡按巖土介質(zhì)主要分為兩類：土質(zhì)滑坡和巖質(zhì)滑坡。土質(zhì)滑坡一般發(fā)生在松散未固結(jié)的粘性土或砂性土斜坡上，土質(zhì)滑坡發(fā)生滑動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生滑面處的土顆粒體間的摩擦效應(yīng)，與巖質(zhì)滑坡滑面處的巖石摩擦不同。目前，世界上以土質(zhì)滑坡居大多數(shù)。土質(zhì)滑坡的監(jiān)測(cè)方法一般分為三類：(1)滑坡的位移監(jiān)測(cè)：大地精密測(cè)量法、gps測(cè)量法、近景測(cè)量法、tdr法、分布式光纖(基于otdr和botdr法)和準(zhǔn)分布式光纖光柵法。這些方法主要用于監(jiān)測(cè)滑坡的表面和深部位移，可以評(píng)估滑坡的穩(wěn)定性；(2)滑坡的水文參數(shù)監(jiān)測(cè)：直接監(jiān)測(cè)土體含水量、孔隙水壓力和地下水位等地下水位，預(yù)估滑坡的穩(wěn)定性；(3)滑坡的力學(xué)監(jiān)測(cè)：利用錨桿加應(yīng)力計(jì)的方式設(shè)計(jì)了滑坡下滑力的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)監(jiān)測(cè)錨桿的軸向應(yīng)力水平給出不同的滑坡預(yù)警等級(jí)。成都理工大學(xué)的朱星和任際周分別在文章“巖石破裂次聲探測(cè)技術(shù)與信號(hào)特征研究”和文章“基于次聲波技術(shù)的滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)研究”中提到次聲監(jiān)測(cè)滑坡的內(nèi)容，但是主要研究的對(duì)象是巖質(zhì)滑坡，介于此，本專利申請(qǐng)人通過(guò)設(shè)計(jì)室內(nèi)的土質(zhì)滑坡模型試驗(yàn)的方法，利用次聲傳感器接收土質(zhì)滑坡在受力-局部破壞-臨滑-整體滑動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的次聲信號(hào)，分析次聲信號(hào)在滑坡不同破壞狀態(tài)下的變化特征，并提取關(guān)鍵信號(hào)，用于滑坡滑動(dòng)的監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)基于次聲技術(shù)的滑坡監(jiān)測(cè)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種利用次聲傳感器接收土質(zhì)滑坡在受力-局部破壞-臨滑-整體滑動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的次聲信號(hào)的基于次聲技術(shù)的滑坡監(jiān)測(cè)模型裝置及其試驗(yàn)方法。

為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：基于次聲技術(shù)的滑坡監(jiān)測(cè)模型裝置，包括次聲傳感器、壓力傳感器、千斤頂，滑動(dòng)塊體通過(guò)土體堆積形成，滑動(dòng)塊體的頂面為一傾斜斜面并設(shè)置在剛性的非滑動(dòng)塊體上，非滑動(dòng)塊體通過(guò)水泥澆注形成，非滑動(dòng)塊體內(nèi)部中空且其頂部開(kāi)口，中空內(nèi)腔中填充土體并夯實(shí)；千斤頂固定在剛性墻體上，所述的次聲傳感器通過(guò)筒管固定在筒管頂部，筒管的中段以及底部穿入在滑動(dòng)塊體的頂面，在滑動(dòng)塊體上的側(cè)部設(shè)置所述壓力傳感器與千斤頂對(duì)應(yīng)。

作為對(duì)上述技術(shù)方案的補(bǔ)充和完善，本發(fā)明還包括以下技術(shù)特征。

滑動(dòng)塊體土體堆積形成的過(guò)程通過(guò)剛性梯形鐵箱完成填充。

所述的筒管為鋼管。

一種基于次聲技術(shù)的滑坡監(jiān)測(cè)試驗(yàn)方法，其特征是，包括以下步驟：

1)、在非滑動(dòng)體內(nèi)部填充土體并夯實(shí)，待非滑體內(nèi)的土體填充完畢后，將剛性梯形鐵箱放置在非滑動(dòng)體上部，依靠剛性梯形鐵箱的束縛，開(kāi)始在其內(nèi)部填土夯實(shí)，并將帶有次聲波傳感器的鋼管一起插入剛性梯形鐵箱內(nèi)并通過(guò)土體將鋼管夯實(shí)，待填土完成后，利用緊固的螺栓和百葉，將剛性梯形鐵箱取下，形成滑動(dòng)塊體；

2)、將矩形鋼板放置在滑動(dòng)體與壓力傳感器之間，利用油壓千斤頂模擬滑動(dòng)力；非滑體由于受到砌體在滑動(dòng)方向上的限制，滑面以下的土體無(wú)滑動(dòng)位移產(chǎn)生，而滑動(dòng)塊體由于受到推力的作用，在滑動(dòng)力超過(guò)抗滑力時(shí)，砌體上方的塊體開(kāi)始發(fā)生滑動(dòng)，在滑塊未發(fā)生宏觀滑動(dòng)前，砌體與滑動(dòng)體連接處(即滑面處)會(huì)在推力剪切作用下，發(fā)生微觀的土顆粒簇破碎，并同步伴隨著破碎次聲信號(hào)，利用插入土體內(nèi)部的鋼管上方所固定的次聲傳感器監(jiān)測(cè)并接受次聲信號(hào)，次聲傳感器接收土質(zhì)滑坡在受力-微觀破壞-整體臨滑-宏觀滑動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的次聲信號(hào)傳遞給控制系統(tǒng)完成監(jiān)測(cè)滑動(dòng)體滑坡的整個(gè)過(guò)程。

使用本發(fā)明可以達(dá)到以下有益效果：本發(fā)明以滑體未出現(xiàn)滑動(dòng)前內(nèi)部土顆粒的微觀破碎和摩擦是產(chǎn)生滑坡次聲的根源為指導(dǎo)，在滑動(dòng)塊體上設(shè)置用于檢測(cè)產(chǎn)生滑坡次聲的次聲波波傳感器，利用次聲傳感器接收土質(zhì)滑坡在受力-局部破壞-臨滑-整體滑動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的次聲信號(hào)，分析次聲信號(hào)在滑坡不同破壞狀態(tài)下的變化特征，并提取關(guān)鍵信號(hào)，用于滑坡滑動(dòng)的監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)基于次聲技術(shù)的滑坡監(jiān)測(cè)方法。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)方法具有較好的穩(wěn)定性，且數(shù)據(jù)精確，可以廣泛用于山體滑坡監(jiān)測(cè)上。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的模型結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為土體次聲信號(hào)的變化圖。

圖3為滑動(dòng)力-次聲同步數(shù)據(jù)圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明包括次聲傳感器、壓力傳感器、千斤頂，滑動(dòng)塊體通過(guò)土體堆積形成，滑動(dòng)塊體的頂面為一傾斜斜面并設(shè)置在剛性的非滑動(dòng)塊體上，土體堆積形成的過(guò)程通過(guò)剛性梯形鐵箱完成填充，非滑動(dòng)塊體通過(guò)水泥澆注形成，非滑動(dòng)塊體內(nèi)部中空且其頂部開(kāi)口，中空內(nèi)腔中填充土體并夯實(shí)；千斤頂固定在剛性墻體上，所述的次聲傳感器通過(guò)筒管固定在鋼管頂部，鋼管的中段以及底部穿入在滑動(dòng)塊體的頂面，在滑動(dòng)塊體上的側(cè)部設(shè)置所述壓力傳感器與千斤頂對(duì)應(yīng)。

試驗(yàn)結(jié)果及分析：本次試驗(yàn)一共實(shí)施了6組不同工況的次聲信號(hào)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。試驗(yàn)中所采用的土樣來(lái)自于重慶市奉節(jié)縣境內(nèi)典型的黃壤土。所謂的不同工況，主要是指在剛性鐵箱內(nèi)填筑土體時(shí)，夯實(shí)的程度不一致。次聲監(jiān)測(cè)時(shí)間為：從千斤頂開(kāi)始施加荷載至土體完全破壞整個(gè)過(guò)程。圖2所示為土體次聲信號(hào)的變化圖。從圖2中的6組波形圖來(lái)看，每組滑坡的次聲工況均會(huì)出現(xiàn)聲壓的一個(gè)波峰，在達(dá)到波峰之前，聲壓信號(hào)是逐步增強(qiáng)的；達(dá)到波峰后，聲壓逐步減弱。由此可見(jiàn)，聲壓的波峰位置可能會(huì)是滑坡監(jiān)測(cè)的一個(gè)特征信號(hào)點(diǎn)。為了進(jìn)一步分析土質(zhì)滑坡的次聲信號(hào)，以期能夠用于滑坡的監(jiān)測(cè)，申請(qǐng)人將次聲信號(hào)、滑動(dòng)力的力學(xué)信號(hào)和滑面出現(xiàn)整體滑動(dòng)的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一分析,如圖3給出了工況2和工況5的滑動(dòng)力-次聲同步數(shù)據(jù)圖，由壓力傳感器測(cè)量的滑動(dòng)力數(shù)據(jù)表明：隨著千斤頂?shù)闹鸩绞?，滑?dòng)力在未達(dá)到峰值前，呈現(xiàn)逐步增加的趨勢(shì)，而當(dāng)達(dá)到滑體的抗滑力，此時(shí)壓力傳感器測(cè)得滑動(dòng)力值達(dá)到峰值(即圖3a中200kg和圖3b中的370kg)；在滑動(dòng)力未達(dá)到峰值之前，次聲信號(hào)的強(qiáng)度以拋物線的規(guī)律與滑動(dòng)力同步增加，當(dāng)滑動(dòng)力達(dá)到峰值時(shí)，次聲信號(hào)的聲壓也相應(yīng)的達(dá)到峰值；滑動(dòng)力的最大峰值代表著土體的抗滑力，即：此時(shí)滑面的破壞已被完全貫通，參與摩擦的土顆粒面積達(dá)到最大值，由此也對(duì)應(yīng)著次聲信號(hào)的最大值。

基于上述的滑動(dòng)力與次聲信號(hào)的定性分析，可以發(fā)現(xiàn)：次聲信號(hào)出現(xiàn)逐步增加的趨勢(shì)則代表著滑坡的滑面處出現(xiàn)局部的破壞和滑動(dòng)，滑坡災(zāi)害預(yù)警需要在此時(shí)發(fā)出危險(xiǎn)警告；而次聲信號(hào)的峰值即表示滑坡處于臨滑階段，此刻代表著滑坡的最高預(yù)警等級(jí)。由此可以實(shí)現(xiàn)利用次聲技術(shù)對(duì)土質(zhì)滑坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警。

本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理：以滑面處土顆粒間的微觀尺度摩擦和破碎是產(chǎn)生滑坡次聲的根源為指導(dǎo)。首先從宏觀角度來(lái)看，根據(jù)無(wú)限邊坡模型或條分法的假定，滑面以上的滑體被認(rèn)為是一個(gè)均質(zhì)剛體，滑面處的抗滑力主要來(lái)自滑體自身重力的垂向分量乘以土體的內(nèi)摩擦角φ和土體的粘聚力c的總和，當(dāng)下滑力(由于降水等因素)高于抗滑力時(shí)，滑面以上的塊體發(fā)生滑動(dòng)，此時(shí)對(duì)應(yīng)著最大的下滑力；而從微觀角度來(lái)看，滑面以上的塊體受下滑力的作用，在未滑動(dòng)之前就，就已經(jīng)在滑面處出現(xiàn)局部破壞，顆粒間出現(xiàn)小局部的相互擠壓、破壞和摩擦，當(dāng)宏觀的外力增加至抗滑力時(shí)，此時(shí)滑面處的破壞已被貫通。所以，從坡體受力之后，坡體在滑面處就已經(jīng)開(kāi)始破壞，隨著下滑力的增大，滑面處的局部破壞也逐步增大，參與擠壓破碎和摩擦的顆粒面積也會(huì)越大，由此產(chǎn)生的土質(zhì)滑坡次聲信號(hào)也會(huì)隨之增加。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。