监测边坡内部位移可确定边坡岩土体内破坏面(带)的位置及破坏情况,一般可通过钻孔或边坡内的排水坑道观测。主要装置有土体位移计和倾斜仪等。
1.土体位移计
土体位移计可用于测量岩石、土体等的钻孔轴向变形,也可埋入边坡土体中(土质边坡),在边坡内部位移监测中广泛使用。土体位移计的主要测量器件是一个振弦式应变计,连同一个配有滑动杆的精密线性弹簧。随着滑动杆伸缩,传递器件、弹簧张力以及振弦张力都会发生变化。张力变化量与拉伸量成正比。率定后可得出仪器的系数,该系数是振动频率和拉伸量的函数。
位移计的传感器固定在一个法兰端,通过一定长度的传递杆连至另一个法兰端。传感器和传递杆外套有一根给定长度(仪器长度)的塑料保护管(当仪器较长时则在中间增加伸缩节)来固定两个法兰端,确保连杆固定不动。当两法兰相对移动时,位移信号被传递杆传至传感器,由读数装置测得读数。通过选择不同的仪器长度和传感器的量程范围,可达到最佳灵敏度。若要达到最高分辨率,应选用仪器长度较大、量程较小的传感器;而针对变形较大的情况,应选择长度相对较短、量程较大的传感器。
2.多点位移计
多点位移计可在同一钻孔中沿其长度方向设置不同深度的测点3~6个(国外可多达10点),测量各测点沿长度方向的位移,适用于边坡不同深度的位移监测。
多点位移计主要由锚头、传递杆、护管、支承架、护筒、传感器、护罩以及灌浆管(或压力水管)等部件组成。传感器可选用人工测读的机械式测微仪表,也可用远程传输的电测传感器,如线性电位器式位移计、差动电阻式位移计、振弦式位移计等。
钻孔中各锚固点岩体所产生的位移,经传递杆传到基准端,各点位移量均可在基准端进行量测。
3.倾斜仪(倾角计)
倾斜仪可分为垂直测斜仪与水平测斜仪,通常在钻孔中测斜管内使用,通过测量测斜管轴线与铅垂线或水平线之间夹角变化量,监测土、岩石和建筑物的水平和垂直位移。倾斜仪又可分为活动型和固定型两种:活动型倾斜仪带有导向滑动轮,可在测斜管中逐段测出产生位移后轴线与铅垂线或水平线的夹角;固定型是把测斜仪固定在测斜管某个位置上,连续、自动、遥控测量监测仪器所在位置倾斜角的变化。
倾斜仪传感器形式有多种,如伺服加速度计式、MEMS(微机电系统)式、电位器式、振弦式、电感式、差动变压器式等。(www.daowen.com)
1)伺服加速度计式倾斜仪
伺服加速度计式倾斜仪一般直接安装于工程结构上,或在任意垂直面或水平表面上用一个可调整的支架安装。
大多数倾斜仪均使用力平衡伺服加速度计,探头本身包括一个重力作用的垂摆,其位置传感器可以探测垂摆的位置,并且提供足够的伺服力使垂摆回到原来竖直时的零位置。从竖直零位置倾斜得越大,伺服力越大,因而摆块不能自由运动。伺服力的大小转变为电信号输出在读数装置上显示为倾斜量。
2)串联固定式倾斜仪
串联固定式倾斜仪由一连串MEMS(微机电系统)倾斜传感器安装在一定长度的不锈钢管内并用万向节连接在一起。带有张力的弹性滑轮组使得每点都能与通用的测斜管导槽良好结合定位。安装在测斜管内的所有传感器用电缆引出后连接至终端箱或数据记录仪采集数据。
当地面运动导致测斜管一个或多个部位产生倾角变化,记录这些点的倾斜值,即可绘制出纵断面的偏移曲线。每支测斜仪传感器均包含一个热敏电阻以记录温度,用于温度校正。
4.TDR时域反射系统
TDR(Time Domain Reflection)监测系统主要由电脉冲信号发生器、传输(同轴电缆)、信号接收器等组成。TDR技术实质上是电磁波理论的运用,其工作原理是同轴电缆受到剪切或拉伸作用时,受力区域几何特性的改变将引起该区域同轴电缆特性阻抗的变化,电磁波在其中的传播将发生反射与透射。
一个完整的TDR滑坡监测系统一般由同轴电缆、TDR时域反射仪、数据记录仪、远程通信设备以及数据分析软件等几部分组成。在待监测的边坡上钻孔,并将同轴电缆安放在钻孔中,在钻孔中灌注水泥砂浆,使同轴电缆与周围岩土体紧密结合。由TDR时域反射仪激发电脉冲信号沿着同轴电缆从地表向下传播,边坡的位移和变形将使同轴电缆断裂或变形,从而引起同轴电缆阻抗发生变化,产生反射脉冲信号,反射信号在电缆的特性信号曲线上显示为一个脉冲峰尖,边坡变形的位置即能被精确确定。
TDR系统价格低廉,检测时间短,提供数据较快捷(一般3~5min可以测读一个数据),能实现遥测,安全性高。但由于TDR系统对无剪切作用不敏感,使得其在倾斜、滑坡移动量和移动方向的监测上存在不足,需同时配合其他监测方法进行弥补。
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