一种基于光纤测斜技术的边坡监测系统

1.本实用新型涉及采矿及岩土工程技术领域，尤其涉及一种基于光纤测斜技术的边坡监测系统。


背景技术：

2.随着经济社会快速发展，在水利、交通、建筑等领域出现了大量的工程人工开挖边坡，再加上天然形成的自然边坡都涉及边坡稳定性问题，边坡变形破坏是相当普遍的一种自然灾害。边坡失稳，轻则影响工程质量与施工进度，重则造成人员伤亡与国民经济的重大损失。因此，不论是自然灾害防治领域还是土木、水利工程建设领域，边坡的稳定性问题经常成为需要重点考虑的问题。
3.然而，由于岩土体的复杂性使边坡类型差异化、边坡灾害区域性，因此边坡监测存在许多问题。虽然随着现代传感器技术的慢慢发展，大地测量法、gps法、近景摄影测量法、仪表观测法已经被运用于边坡稳定性监测之中，但这些方法普遍具有一定的局限性，如：
①
大地测量法、仪表观测法受地形通视条件限制和气候条件的影响；
②
近景摄影测量法工作量大，周期长，费用高；
③
gps法连续监测性能差，不能实现实时有效的智能化监测。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于光纤测斜技术的边坡监测系统。
5.为解决上述问题，本实用新型所采取的技术方案是：
6.一种基于光纤测斜技术的边坡监测系统，其包括依次连接的多个光纤测斜装置、监测主机、中央监控中心和远程客户端，且多个所述光纤测斜装置安装于边坡上；
7.其中，所述光纤测斜装置包括导头、位于所述导头上方且依次首尾连接的多个管节单元、以及至少一条位于多个管节单元内部的光纤；每个所述管节单元的内部均设置有至少一条用于供光纤穿过的安装通槽，多个管节单元相对应的安装通槽相互连通形成用于容纳一条光纤的测线凹槽；
8.所有的光纤与所述监测主机连接，所述监测主机用于向所有的光纤发送光信号，使得所有的光纤对岩土体变形进行传感反馈获得包含所有光纤位移变形数据的监测数据并发送至所述中央监控中心；
9.所述中央监控中心用于将所述监测数据发送至所述远程客户端，以供技术人员进行分析处理，并对边坡稳定状况进行监测。
10.作为实用新型的一种实施方式，每个所述管节单元均包括：中空测斜管、以及位于所述中空测斜管内部且与所述中空测斜管可拆卸连接的固定节柱；
11.所述中空测斜管的内壁上均布设置有至少两块弧形板，任意两块相邻的所述弧形板之间均设置有光纤放置槽；所述固定节柱包括至少一块高度与所述光纤放置槽长度一致的翼板，所述翼板用于卡设在一条所述光纤放置槽内以形成所述安装通槽。
12.作为实用新型的一种实施方式，每块所述弧形板的上下两端均延伸出所述中空测
斜管的外部；
13.所述固定节柱包括分别设置在所述翼板上方和下方的第一连接柱和第二连接柱，所述第一连接柱内设置有方形卡槽，所述第二连接柱呈方形；
14.每个管节单元的第二连接柱均用于固定在其下方管节单元的第一连接柱的方形卡槽中，以实现相邻两个管节单元的连接。
15.作为实用新型的一种实施方式，每个所述中空测斜管的外壁上均周向设置有若干与其长度一致的圆弧凸起。
16.作为实用新型的一种实施方式，每个所述光纤测斜装置包括四条光纤；
17.所述管节单元的内部均布设置有四个安装通槽，多个管节单元相对应的四个安装通槽相互连通形成分别用于容纳四条光纤的测线凹槽。
18.作为实用新型的一种实施方式，所述监测主机包括：光纤信号接收/发送器和botdr仪，所述光纤信号接收/发送器分别与所有的光纤和所述botdr仪连接，所述botdr仪与所述中央监控中心连接；
19.所述botdr仪用于激发光信号并将所述光信号发送至光纤信号接收/发送器；
20.所述光纤信号接收/发送器用于向所有的光纤发送所述光信号，使得所有的光纤对岩土体变形进行传感反馈获得包含所有光纤位移变形数据的位移应变信号，并将所述位移应变信号发送至所述botdr仪；
21.所述botdr仪还用于根据所述位移应变信号生成监测数据，得到各个光纤所在监测点的实时应变曲线。
22.作为实用新型的一种实施方式，所述中央监控中心包括现场实时数据库与备份数据库，所述实时数据库与备份数据库均与所述botdr仪连接，所述中央监控中心还用于实时接收所述botdr仪发送的监测数据并存储备份。
23.作为实用新型的一种实施方式，所述远程客户端包括：数据处理模块和数字/图像输出模块；所述数据处理模块与所述中央监控中心无线连接，其用于接收所述监测数据，结合静态建模方法与动态建模方法，与背景监测数据进行对比，将对比结果发送至数字/图像输出模块以进行显示。
24.作为实用新型的一种实施方式，所述远程客户端还包括：与所述数字/图像输出模块连接的预警系统；
25.预警系统用于接收所述对比结果，以及在确定任一数值达到预警阈值时，将达到预警阈值的数值作为异常值，将异常值对应的位置作为异常位置并发出警报。
26.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
27.本发明提供的基于光纤测斜技术的边坡监测系统，通过将光纤测斜装置的底部段设置为导头，便于整个光纤测斜装置导入坡土体内；通过在每个管节单元内侧设置用于放置光纤的测线凹槽，在安装时，将光纤依次固定在每个管节单元内部后再进行光纤测斜装置的放置，其固定光纤的方式简便快捷，也能防止光纤在放置过程中被破坏从而影响测试结果。
28.另外，该边坡监测系统将多个所述光纤测斜装置安装于边坡上并布设成监测网络，其突破了传统点式传感的概念，可实现对被测对象的网状监测，能够捕捉到被测对象的区域应变性状。能够适用多种工程应力应变、压力、位移、温度等多参量监测。
29.另外，该边坡监测系统通过设置有多个光纤测斜装置、监测主机、中央监控中心和远程客户端，通过监测主机控制所有的光纤对岩土体变形进行传感反馈，获取监测数据并经由中央监控中心发送至所述远程客户端，以对边坡稳定状况进行监测。该系统结合互联网可实现长期远程智能化监测，减少人工施工工期，有利于保证工作人员的生命安全。
附图说明
30.图1是本实用新型实施例提供的一种基于光纤测斜技术的边坡监测系统的结构示意图。
31.图2是本实用新型实施例提供的一种光纤测斜装置的结构示意图。
32.图3是本实用新型实施例提供的一种中空测斜管的结构示意图。
33.图4是本实用新型实施例提供的一种固定节柱的结构示意图。
34.图5是本实用新型实施例提供的一种中空测斜管和固定节柱的安装示意图。
35.图6是本实用新型实施例提供的一种光纤测斜装置的俯视图。
36.其中：1 光纤测斜装置，101 管节单元，101-1 中空测斜管，101-2 固定节柱，101-3 圆弧凸起，101-4 弧形板，101-5 光纤放置槽，101-6 翼板，101-7 第一连接柱，101-8 第二连接柱，101-9 方形卡槽，102 光纤，103 导头，104安装通槽，2 监测主机，3 中央监控中心，4 远程客户端。
具体实施方式
37.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对实用新型进行清楚、完整的描述。
38.本实用新型实施例提供了一种基于光纤测斜技术的边坡监测系统，如图1所示，其包括依次连接的多个光纤测斜装置1、监测主机2、中央监控中心3和4远程客户端4；
39.多个所述光纤测斜装置1安装于边坡上并布设成监测网络；具体安装可参照如下：经工程地质及物探方法对目标监测区进行现场踏勘，将光纤测斜装置1布设沿边坡坡面走向并行布设，形成节点网络，各节点的光纤测斜装置1可以相互连接构成边长为一定距离的监测网。借助测量单个光纤测斜装置1测得的应变数据可反映该测孔处不同深部处边坡内部的变形情况。从而可通过合理布设多个测斜管，形成监测网络完成潜在滑移面位置和滑移量的监测。
40.其中，如图2所示，所述光纤测斜装置1包括导头103、位于所述导头103上方且依次首尾连接的多个管节单元101、以及至少一条位于多个管节单元101内部的光纤102；每个所述管节单元101的内部均设置有至少一条用于供光纤102穿过的安装通槽104，多个管节单元101相对应的安装通槽104相互连通形成用于容纳一条光纤102的测线凹槽；
41.所有的光纤102与所述监测主机2连接，所述监测主机2用于向所有的光纤发送光信号，使得所有的光纤对岩土体变形进行传感反馈获得包含所有光纤位移变形数据的监测数据并发送至所述中央监控中心3；
42.所述中央监控中心3用于将所述监测数据发送至所述远程客户端4，以供技术人员进行分析处理，并对边坡稳定状况进行监测。
43.本发明提供的基于光纤102测斜技术的边坡监测系统，通过将光纤测斜装置1的底
部段设置为导头103，便于整个光纤测斜装置1导入坡土体内；通过在每个管节单元101内侧设置用于放置光纤102的测线凹槽，在安装时，将光纤102依次固定在每个管节单元101内部后再进行光纤测斜装置1的放置，其固定光纤102的方式简便快捷，也能防止光纤102在放置过程中被破坏从而影响测试结果。
44.另外，该边坡监测系统将多个所述光纤测斜装置1安装于边坡上并布设成监测网络，其突破了传统点式传感的概念，可实现对被测对象的网状监测，能够捕捉到被测对象的区域应变性状。能够适用多种工程应力应变、压力、位移、温度等多参量监测。
45.另外，该边坡监测系统通过设置有多个光纤测斜装置1、监测主机2、中央监控中心3和远程客户端4，通过监测主机2控制所有的光纤102对岩土体变形进行传感反馈，获取监测数据并经由中央监控中心3发送至所述远程客户端4，以对边坡稳定状况进行监测。该系统结合互联网可实现长期远程智能化监测，减少人工施工工期，有利于保证工作人员的生命安全。
46.其中，为实现该边坡监测系统的监测功能，在一种可能的实现方式中，如图1所示，所述监测主机2包括：光纤102信号接收/发送器和botdr仪，所述光纤102信号接收/发送器分别与所有的光纤102和所述botdr仪连接，所述botdr仪与所述中央监控中心3连接；
47.所述botdr仪用于激发光信号并将所述光信号发送至光纤信号接收/发送器；
48.所述光纤信号接收/发送器用于向所有的光纤发送所述光信号，使得所有的光纤对岩土体变形进行传感反馈获得包含所有光纤位移变形数据的位移应变信号，并将所述位移应变信号发送至所述botdr仪；
49.所述botdr仪还用于根据所述位移应变信号，生成监测数据，得到各个光纤所在监测点的实时应变曲线。具体地，其基于每个光纤102在被监测点感应到的土体或岩体形变信息，迅速获取大面积现场数据，并计算出各个监测点的实时应变曲线，即与距离对应的实时应变曲线。实时监测滑动体状况，及时准确地获取内部状态信息
50.关于中央监控中心3的结构，在一种可能的实现方式中，中央监控中心3包括现场实时数据库与备份数据库，所述实时数据库与备份数据库均与所述botdr仪连接，所述中央监控中心3还用于实时接收所述botdr仪发送的监测数据并存储备份。
51.关于远程客户端4的结构，在一种可能的实现方式中，所述远程客户端4包括：数据处理模块和数字/图像输出模块；所述数据处理模块与所述中央监控中心3无线连接，其用于接收所述监测数据，结合静态建模方法与动态建模方法，与背景监测数据进行对比，将对比结果发送至数字/图像输出模块以进行显示。从而技术人员可基于该对比结果进行分析处理，显对边坡稳定状况异常点和断纤位置进行精确定位。
52.进一步地，所述远程客户端4还包括：与所述数字/图像输出模块连接的评价预警系统；
53.评价预警系统用于接收所述对比结果，以及在确定任一数值达到预警阈值时，将达到预警阈值的数值作为异常值，将异常值对应的位置作为异常位置并发出警报。
54.该预设阈值可由用户自行设置，当在确定对比结果的任一数值达到预警阈值时，即确定该数值对应的光纤102应变变化量即岩土体形变量与背景值相比有较大偏移时，将异常值对应的位置作为异常位置并发出警报。可达到有疑必报、预测预报、先治后护的效果。
55.以下，本技术针对光纤测斜装置1的结构进行进一步说明。
56.在一种可能的实现方式中，如图3-图6所示，每个所述管节单元101均包括：中空测斜管101-1、以及位于所述中空测斜管101-1内部且与所述中空测斜管101-1可拆卸连接的固定节柱101-2；其中，每个所述中空测斜管101-1的外壁上均周向设置有若干与其长度一致的圆弧凸起101-3，该圆弧凸起101-3数量可设置3个、4个、5个等，该凸起可加强和土体之间耦合性，防止中空测斜管101-1发生位移影响监测结果。
57.所述中空测斜管101-1的内壁上均布设置有至少两块弧形板101-4，任意两块相邻的所述弧形板101-4之间均设置有光纤放置槽101-5；所述固定节柱101-2包括至少一块高度与所述光纤放置槽101-5长度一致的翼板101-6，所述翼板101-6用于卡设在一条所述光纤放置槽101-5内以形成所述安装通槽104。
58.在安装光纤时，可先将光纤放置并粘贴固定在光纤放置槽101-5内，再将固定节柱101-2安装至中空测斜管101-1内部，使得固定节柱101-2上的翼板101-6卡设在光纤放置槽101-5内，其可固定测线（光纤）的位置，使光纤耦合效果更好，便于得到更可靠的变形情况。
59.另外，由于多个管节单元101需要依次首尾连接以形成整体光纤测斜装置1，为方便相邻两个管节单元101的连接，如图3所示，每块所述弧形板101-4的上下两端均延伸出所述中空测斜管101-1的外部；
60.如图4所示，所述固定节柱101-2包括分别设置在所述翼板101-6上方和下方的第一连接柱101-7和第二连接柱101-8，所述第一连接柱101-7内设置有方形卡槽101-9，所述第二连接柱101-8呈方形；
61.每个管节单元101的第二连接柱101-8均用于固定在其下方管节单元101的第一连接柱101-7的方形卡槽101-9中，以实现相邻两个管节单元101的连接。当然，导头103上端也可设置第一连接柱101-7，以实现位于最下方的管节单元101与导头103的连接固定。
62.需要说明的是，本实用新型对前述每个光纤测斜装置1的光纤102数量不作具体限定，仅需保证其满足要求即可，示例性的，每个所述光纤测斜装置1可包括四条光纤102；
63.对应地，每个所述管节单元101的内部均均布设置有四个安装通槽104（即任意两个安装通槽104之间的夹角为90
°
），多个管节单元101相对应的四个安装通槽104相互连通形成分别用于容纳四条光纤102的测线凹槽，固定节柱101-2上安装有四块翼板101-6。通过设置四根光纤102，便于对比得到边坡发生变形方向，进一步提高监测结果。

技术特征：
1.一种基于光纤测斜技术的边坡监测系统，其特征在于，其包括依次连接的多个光纤测斜装置、监测主机、中央监控中心和远程客户端，且多个所述光纤测斜装置安装于边坡上；其中，所述光纤测斜装置包括导头、位于所述导头上方且依次首尾连接的多个管节单元、以及至少一条位于多个管节单元内部的光纤；每个所述管节单元的内部均设置有至少一条用于供光纤穿过的安装通槽，多个管节单元相对应的安装通槽相互连通形成用于容纳一条光纤的测线凹槽；所有的光纤与所述监测主机连接，所述监测主机用于向所有的光纤发送光信号，使得所有的光纤对岩土体变形进行传感反馈获得包含所有光纤位移变形数据的监测数据并发送至所述中央监控中心；所述中央监控中心用于将所述监测数据发送至所述远程客户端，以供技术人员进行分析处理，并对边坡稳定状况进行监测。2.根据权利要求1所述的一种基于光纤测斜技术的边坡监测系统，其特征在于，每个所述管节单元均包括：中空测斜管、以及位于所述中空测斜管内部且与所述中空测斜管可拆卸连接的固定节柱；所述中空测斜管的内壁上均布设置有至少两块弧形板，任意两块相邻的所述弧形板之间均设置有光纤放置槽；所述固定节柱包括至少一块高度与所述光纤放置槽长度一致的翼板，所述翼板用于卡设在一条所述光纤放置槽内以形成所述安装通槽。3.根据权利要求2所述的一种基于光纤测斜技术的边坡监测系统，其特征在于，每块所述弧形板的上下两端均延伸出所述中空测斜管的外部；所述固定节柱包括分别设置在所述翼板上方和下方的第一连接柱和第二连接柱，所述第一连接柱内设置有方形卡槽，所述第二连接柱呈方形；每个管节单元的第二连接柱均用于固定在其下方管节单元的第一连接柱的方形卡槽中，以实现相邻两个管节单元的连接。4.根据权利要求2所述的一种基于光纤测斜技术的边坡监测系统，其特征在于，每个所述中空测斜管的外壁上均周向设置有若干与其长度一致的圆弧凸起。5.根据权利要求1所述的一种基于光纤测斜技术的边坡监测系统，其特征在于，每个所述光纤测斜装置包括四条光纤；所述管节单元的内部均布设置有四个安装通槽，多个管节单元相对应的四个安装通槽相互连通形成分别用于容纳四条光纤的测线凹槽。6.根据权利要求1所述的一种基于光纤测斜技术的边坡监测系统，其特征在于，所述监测主机包括：光纤信号接收/发送器和botdr仪，所述光纤信号接收/发送器分别与所有的光纤和所述botdr仪连接，所述botdr仪与所述中央监控中心连接；所述botdr仪用于激发光信号并将所述光信号发送至光纤信号接收/发送器；所述光纤信号接收/发送器用于向所有的光纤发送所述光信号，使得所有的光纤对岩土体变形进行传感反馈获得包含所有光纤位移变形数据的位移应变信号，并将所述位移应变信号发送至所述botdr仪；所述botdr仪还用于根据所述位移应变信号生成监测数据，得到各个光纤所在监测点的实时应变曲线。
7.根据权利要求6所述一种基于光纤测斜技术的边坡监测系统，其特征在于，所述中央监控中心包括现场实时数据库与备份数据库，所述实时数据库与备份数据库均与所述botdr仪连接，所述中央监控中心还用于实时接收所述botdr仪发送的监测数据并存储备份。8.根据权利要求6所述一种基于光纤测斜技术的边坡监测系统，其特征在于，所述远程客户端包括：数据处理模块和数字/图像输出模块；所述数据处理模块与所述中央监控中心无线连接，其用于接收所述监测数据，结合静态建模方法与动态建模方法，与背景监测数据进行对比，将对比结果发送至数字/图像输出模块以进行显示。9.根据权利要求8所述一种基于光纤测斜技术的边坡监测系统，其特征在于，所述远程客户端还包括：与所述数字/图像输出模块连接的预警系统；预警系统用于接收所述对比结果，以及在确定任一数值达到预警阈值时，将达到预警阈值的数值作为异常值，将异常值对应的位置作为异常位置并发出警报。

技术总结
本实用新型涉及一种基于光纤测斜技术的边坡监测系统，其包括依次连接的多个光纤测斜装置、监测主机、中央监控中心和远程客户端，且多个光纤测斜装置安装于边坡上；其中，光纤测斜装置包括导头、位于导头上方且依次首尾连接的多个管节单元、以及至少一条位于多个管节单元内部的光纤；每个管节单元的内部均设置有至少一条用于供光纤穿过的安装通槽，多个管节单元相对应的安装通槽相互连通形成用于容纳一条光纤的测线凹槽；所有的光纤与监测主机连接，监测主机用于控制所有的光纤对岩土体变形进行传感反馈获取监测数据并发送至中央监控中心；中央监控中心用于将监测数据发送至远程客户端，以供技术人员对边坡稳定状况进行监测。测。测。


技术研发人员：余宏庆 张平松 许时昂 李启蒙 程晋全 汪勇辰
受保护的技术使用者：安徽理工大学
技术研发日：2023.03.01
技术公布日：2023/8/8