高陡边坡滑坡状态感知装置研发

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滑坡是我国地质灾害中最为常见的一种地质灾害,给人民的生命财产安全带来了巨大的危害。如何快速、精准、全方位的监测预报滑坡灾害,一直是防灾研究重点之一。目前,边坡监测技术和设备的监测参量多为单一参量,普遍适用性低且布设过程较为繁琐。因此,研发一种监测量多元化、高普适性、可快速布设的边坡监测技术与设备,对有效监测预警滑坡灾害的发生、保障人民的生命安全,具有重要的工程价值和巨大的社会意义。本论文依托国家“滑坡崩塌重点研发专项计划”,以高陡边坡滑坡状态感知为研究目标,提出了一种可弯曲、可拉伸、可剪切的快速布设式新型链式多参量传感器。论文开展的主要研究工作如下:(1)将惯性测量原理引入滑坡监测。为了提高监测装置的普适性,提出了将监测位移和倾角变化量统一转化为监测倾角变化量的方案。考虑到装置空间姿态的求解问题,提出了加速度计和磁力计联合测量角度的方法。基于此,设计了刚性段和柔性段相结合的链式传感器,并在此基础上完成了对各模块的选型和优化校准,提高了传感器数据的准确度;(2)建立了边坡蠕变时链式传感器的系统坐标系,并基于坐标变换对其空间位移进行了解算。为解决当前监测设备在边坡发生大变形后无法继续进行监测的缺陷,提出了在链式传感器中增设拉绳位移计的方案,进而建立了大变形时链式传感器的系统坐标系,并对其变形位移进行了推算;(3)针对现有监测设备布设繁琐的缺陷,设计了一种可二次嵌入土体的吸附装置。考虑到吸附装置在不同工况下的吸附性能差异问题,进行了吸附装置的抗拔力和抗滑力试验。分别从不同密实度、插入深度、插入个数三个维度对其力学性能进行横向、纵向分析,并结合各装置的安装时间,获得了在满足力学性能的条件下最为便捷的布设方案。基于此设计,完成了对柔性连接段的装置设计,并通过力学性能试验,确定了与吸附装置最适配的尺寸。(4)进行了链式传感器的性能测试试验,通过开展三点加载弯曲试验,得出该装置的整体测量误差在2 mm之内;设计了X-Z双轴移动平台,对边坡裂缝和沉降进行了模拟试验,研究了边坡模型变形过程中不同吸附装置的性能表现,验证了所选吸附方案的可靠性;探究了边坡模型在变形过程中传感器的动态数值变化情况,确定了链式传感器分离时拉绳位移计的阈值,实现了对边坡变形种类较为准确的判别。
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