采石场监测设计方案.docx
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采石场监测设计方案
地质灾害监测之
采石场监测专项方案
本项目预期达到的效果如下：
1、能够实现远程自动化监控，无需人员进行监控，采集方式有定时间采集、特殊事件采集等。
远程自动化采集可以实现远程采集监控，无需人员多次进入施工现场。
2、系统实现无线传输，无需长距离布设线缆、光缆。
3、实现测试数据信息化管理，相关人员可以通过不同权限登入以太网或者利用手机取得现场结构安全数据及安全评估信息。
4、当结构出现异常信息是，系统自动进行预报警，在监控中心以声音以及警示灯（屏幕警示）方式进行报警，并通过短信方式将信息及时转达给相关管理人员。
最终该系统达到的效果是在施工期间，使结构安全监控达到：
自动化、信息化、实时性等效果，从而真正保障结构施工时的安全。
一.工程概况
1.1工程概述
1.2工程地质及水文地质条件
二.地质灾害区域预警预报原理
2.1统计学依据
（1）分析发现，滑坡的发生在过程降雨量和降雨强度两项参数中，存在着一个临界值，当一次降雨的过程降雨量或降雨强度达到或超过此临界值时，泥石流和滑坡等地质灾害即成群出现；
（2）不同地区具体一条沟谷的泥石流始发雨量区间为10～300mm，差异之大反映了地质条件、气候条件等的差异。
（3）在降雨过程的中后期或局地单点暴雨达到临界值时出现突发性群发型泥石流、滑坡等地质灾害，滑坡以小型者居多；
（4）大型滑坡常在降雨过程后期或雨后数天内出现。
2.2预警对象
预警对象主要是降雨、融冻等极端气象条件变化引发的区域或流域群发型崩塌、滑坡和泥石流等突发性地质灾害。
局地暴雨影响下的完好斜坡地区是坡面型“链式”反应的崩塌~滑坡~泥石流灾害频发地区，这类地质灾害具有显著的特点，是实施预警预报和群测群防的重点与难点。
（1）区域性：
一般在数百至数千平方千米内出现。
（2）群发性：
崩塌~滑坡~泥石流等在某一区域多灾种呈群体出现。
（3）“链式”反应：
崩塌~滑坡~泥石流等在同一地点逐次快速转化，破坏力极强。
（4）同时暴发性：
崩塌~滑坡~泥石流“灾害链”在数十分钟~数小时内先后或同时出现，具有突然暴发性，宏观上完好的坡体突然滑塌或“奔流”；当地人称为“涡旋炮”或“山扒皮”。
（5）持续超强降雨作用：
局地区域性持续超强降雨造成极大冲刷力，使达到过饱和状态的松散堆积层奔涌而下。
（6）地形陡峻，地质结构上软下硬：
一般斜坡坡度25°~70°，高差100~400m；地质上具备二元结构，上为松散堆积层，下为坚硬基岩，容易在二者的接触处形成强大渗流带；松散堆积层厚度小，一般0.5~5m。
（7）植被类型特殊：
生态环境不利于固坡稳定，如大量种植毛竹、杉树等浅根性、速生速长类树种，在持续的暴风、暴雨“耦合”作用下加剧斜坡表层的整体破坏。
（8）区域经济社会发展水平低：
房屋、道路建设切坡而很少维护，缺乏地质环境保护意识。
房屋结构简易、破旧，房屋结构抗破坏强度低。
缺乏灾害风险意识。
（9）后续性：
大型滑坡一般出现在降雨过程后期，甚至降雨结束后数天，如中国新滩滑坡（1985年6月12日），菲律宾特大滑坡灾难（2006年2月17日）。
（10）发灾区域总体造成人员伤亡和各种财产损失重大，但单点损害的规模较小。
2.3国内外研究状况
据统计，全球约有23个国家和地区的学者对降雨滑坡进行了不同程度的研究，以美国、意大利、中国香港（地区）、日本、英国、澳大利亚、新西兰和中国等开展全国性或典型地区的研究。
中国香港（Brand.et.al，1984）、美国（Keefer.et.al，1987）、日本（Fukuzono，1985）、巴西（Neiva，1998）、委内瑞拉（Wieczorek等，2001）、波多黎各（Larsen&Simon，1993）和中国等国家和地区曾经或正在进行面向公众的区域性降雨滑坡实时预报，预报的地质精度可以达到以小时数量级。
这些国家和地区一般都开展或完成了比较详细的地质灾害调查和深入的灾害发育特征、灾害易发区或危险区分区评价研究，拥有长期、比较完整的降雨资料，具有布置密度比较合理的降雨遥控监测网络和先进的数据传输系统。
其中，中国香港和美国预警系统的发展过程最具代表性。
2.4地质灾害区域预警原理
综合分析国内外研究与应用状况，基于气象因素的地质灾害区域预警理论原理可初步划分为三大类，即隐式统计预警方法、显式统计预警方法和动力预警方法。
2.4.1隐式统计预报法
隐式统计预警方法把地质环境因素的作用隐含在降雨参数中，某地区的预警判据中仅仅考虑降雨参数建立模型。
隐式统计方法可称为第一代预警方法，比较适用于地质环境模式比较单一的小区域，如以花岗岩及其风化残积物分布为主的香港地区多年来一直在研究应用和深化这一方法。
由于这种方法只涉及降雨量或降雨强度等一类参数，无论预警区域的研究程度深浅均可使用，所以这是国内外广泛使用的方法，也是最易于推广的方法。
隐式统计预警方法抓住了气象因素诱发地质灾害的关键方面，但预警精度必然受到所预警地区面积大小、突发性地质事件样本数量、地质环境复杂程度和地质环境稳定性及区域社会活动状况的限制，即单一临界雨量指标难于解释地质环境变化及地质灾害成因，且更新判据与提高准确性也比较受限制。
2.4.2显式统计预报法
显式统计预警方法是一种考虑地质环境变化与降雨参数等多因素迭加建立预警判据模型的方法，它是由地质灾害危险性区划与空间预测转化过来的。
这种方法可以充分反映预警地区地质环境要素的变化，并随着调查研究精度的提高相应地提高地质灾害的空间预警精度。
显式统计法可称为第二代预警方法，是正在探索中的方法，比较适用于地质环境模式比较复杂的各类区域。
基于地质环境空间分析的突发性地质灾害时空预警理论与方法是根据单元分析结果又合成实现的，克服了仅仅依据单一临界雨量指标的限制，但对临界诱发因素的表达、预警指标的选定与量化分级等尚存在需要进一步研究的诸多问题。
因此，要实现完全科学意义上的区域突发性地质灾害预警，必须建立临界过程降雨量判据与地质环境空间分析耦合模型的理论方法——广义显式统计模式地质灾害预警方法，预警等级指数（W）是内外动力的联立方程组。
W=ƒ（a，b，c，d）（0）
W——预警等级指数；
a——地外天体引力作用；a=ƒ（a1，a2，……，an）
太阳、月亮的引潮力，太阳黑子、表面耀斑和太阳风等的出现与地球表面灾害的出现有密切关系。
b——地球内动力作用；b=ƒ（b1，b2，……，bn）
地球内动力作用主要表现为断裂活动、地震和火山爆发等。
c——地球表层外动力作用；c=ƒ（c1，c2，……，cn）
地球表层外动力作用如降雨、渗流、冲刷、侵蚀、风化、植物根劈、风暴、温度、干燥和冻融作用等。
d——人类社会工程经济活动作用。
d=ƒ（d1，d2，……，dn）
2.4.3动力预警方法
动力预警是一种考虑地质体在降雨过程中地～气耦合作用下研究对象自身动力变化过程而建立预警判据方程的方法，实质上是一种解析方法。
该方法主要依据降雨前、降雨过程中和降雨后降水入渗在斜坡体内的动力转化机制，具体描述整个过程斜坡体内地下水动力作用变化与斜坡体状态及其稳定性的对应关系。
通过钻孔监测地水位动态、孔隙水压力和斜坡应力～位移等，揭示降雨前、降雨过程中和降雨后斜坡体内地下水的实时动态响应变化规律、整个坡体物理性状变化及其变形破坏过程的关系。
在充分考虑含水量、基质吸力、孔隙水压力、渗透水压力、饱水带形成和滑坡～泥石流转化因素条件下，选用数学物理方程研究解析斜坡体内地下水动力场变化规律与斜坡稳定性的关系，确定多参数的预警阈值，从而实现地质灾害的实时动力预警。
动力方法预警的结果是确定性的，可称为第三代预警方法。
这种方法尚局限于试验场地或单个滑坡区的研究探索阶段，必须依赖具有实时监测、实时传输和实时数据处理功能的立体监测网（地~气耦合）作为支撑才能实现实时预警。
由于理论、技术和经费等方面的高要求，这类方法的研究工作尚局限于局部地区，如美国旧金山湾地区和我国四川雅安试验区。
未来的方向是探索地质灾害隐式统计、显式统计与动力预警三种模型的联合应用方法，以适应不同层级的地质灾害预警需求。
研究内容包括临界雨量统计模型、地质环境因素叠加统计模型和地质体实时变化（水动力、应力、应变、热力场和地磁场等）的数学物理模型等多参数、多模型的耦合。
三种模型联合应用不仅适应特别重要的区域或小流域，也为单体地质灾害的动力预警与应急响应提供决策依据。
三.滑坡监测项目和方法表
监测项目
监测内容
监测方法
主滑带（面）
主滑带（面）位置、位移速度
倾测仪
三.监测内容与布置
本监测项目主要监测岩石体内部位移监测。
通过断面监控，达到控制该断面结构稳定。
3.1测斜监测
测斜监测细则适用于支护（维护）结构变形、土体深层位移。
3.1.1点位布置
根据设计提供的监测平面布置图进行布设，共布置9个测点（含桩体和岩土体测点）。
3.1.2选用仪器
深层水平位移监测采用固定式测斜仪。
A:
产品介绍：
导轮式固定测斜仪通过不锈钢连接杆与滑轮组件连接后，安装在带导槽的测斜管中与测斜管一起移动，以监测边坡、滑坡体、堤坝、公路、防渗墙等结构的倾斜、水平位移或沉降变形。
配合自动化数据采集设备，可以自动、连续地监测，安装多个传感器可以获得沿测斜管轴向的挠度变形剖面图。
B:
工作原理：
倾角传感器经常用于系统的水平测量，从工作原理上可分为“固体摆”式、“液体摆”式、“气体摆”三种倾角传感器，固定式测斜仪采用的是液体摆原理。
液体摆的结构原理是在玻璃壳体内装有导电液，并有三根铂电极和外部相连接，三根电极相互平行且间距相等。
当壳体水平时，电极插入导电液的深度相同。
如果在两根电极之间加上幅值相等的交流电压时，电极之间会形成离子电流，两根电极之间的液体相当于两个电阻RI和RIII。
若液体摆水平时，则RI＝RIII。
当玻璃壳体倾斜时，电极间的导电液不相等，三根电极浸入液体的深度也发生变化，但中间电极浸入深度基本保持不变。
左边电极浸入深度小，则导电液减少，导电的离子数减少，电阻RI增大，相对极则导电液增加，导电的离子数增加，而使电阻RIII减少，即RI＞RIII。
反之，若倾斜方向相反，则RI＜RIII。
在液体摆的应用中也有根据液体位置变化引起应变片的变化，从而引起输出电信号变化而感知倾角的变化。
在实用中除此类型外，还有在电解质溶液中留下一气泡，当装置倾斜时气泡会运动使电容发生变化而感应出倾角的“液体摆”。
C:
产品型号及性能指标：
产品型号
Xxxxx
技术
参数
量程
±30°
灵敏度
0.005%
精度
9"
工作温度（℃）
-25～+70
注：
尺寸、性能参数为常规产品参数，其他参数指标可按需求订制：
3.1.3设备埋设
设备埋设步骤如下：
（1）钻孔：
钻孔要求：
定位精确：
倾角度小于1度：
钻孔直径与测斜管匹配；
（2）检查测斜管：
下管前必须对测斜管进行排查。
对外观质量较差、受力后弯曲变形、老化、受损的不合格管子，予以报废，底部测斜管用闷头封好，以防泥浆进入；
（3）下管准备：
下管前计算好长度、节数。
接头处打好自攻螺丝导孔。
并准备好下管时固定用的麻绳或卡口。
（4）下管：
确定好导向槽的方向，逐节连接下管。
将测斜管逐节组装并放入钻孔内，当浮力太大或钻孔收缩时，应适当施加压力，但不可将测斜管压弯，要求测斜管底部埋入相对硬层或30m以上，下入钻孔内预定深度后，即向测斜管与孔壁之间的间隙由下而上逐渐段灌浆或用砂填实，固定测斜管。
另外，根据现场实际情况，孔位可以进行适当的调整。
安装或埋设时，应及时检查测斜管内的一对导槽，其指向是否与预测量的位移方向一致，并及时修正。
（5）测斜管检查：
测斜管固定完毕后，用清水将测斜管内冲洗干净，如果条件允许，可用侧头模型放入测斜管内，沿导槽上下滑行一遍，一检查导槽是否畅通无阻，滚轮是否有滑出导槽的现象。
如果没有侧头模型，可以缓慢速度将侧头放入，如遇阻碍，立即拔出侧头，对该测斜管进行必要处理或废弃重新安装，由于测斜仪的侧头是贵重仪器，在未确认测斜管导槽畅通时，应谨慎放入真实的侧头；
（6）孔壁回填：
①当测斜孔较浅（一般小于20m），且埋管与观测时间间隔较大（大于两个月）时，采用细砂回填和自然塌落消除孔壁孔隙。
细砂回填时用场钢筋捣动，且间隔一定时间加砂，达到真正密实。
②当测斜孔较深，或埋设与观测时间间隔较短，此时应采用孔壁注浆的方法。
孔壁注浆有管外注浆和管内注浆两种方法。
管外注浆是在管壁外下注浆管，然后用水泥浆泵注入水泥浆。
管内注浆则是采用特殊的注浆闷头，将其安装在测斜管底部，然后在管中接上注浆管，由下往上注入水泥浆，直到水泥浆溢出。
（7）孔口位置：
测量测斜管顶端坐标及高程，安装保护盖，测斜管四周设混凝土墩，并做好标志。
（8）埋设记录：
测斜管埋设记录包括：
工程名称、测斜孔编号、孔深、孔口坐标、高程、测斜管导槽方位、导槽方向、管径、主要埋设人员、日期等，并及时做好孔口保护装置，做好记录。
3.1.4采集频次
实时水平位移监控，每30分钟采集一次。
也可根据人工设置时间段进行实时采集。
四.数据无线传输方案
该方案通过成熟的GPRS/GSM网络，通过灵活地控制设备的采集制度，进行远程控制。
特点：
该方案中只要无线数传主机在哪里，就可以控制设备的采集，简单方便。
（1）无线数传模块
无线数传是依靠成熟的GPRS/GSM网络，在网络覆盖内区域内可以快速组建数据通讯，实现实时远程数据传输。
通讯模块内置工业级GSM无线模块，支持AT指令集，采用通用标准串口对模块进行设置和调试，提供标准的RS232/485接口。
环境温度：
-25℃～70℃；
湿度：
0～90%，非冷凝；
波特率：
300～115200BPS；
接口：
RS232/RS485/TTL232；
标准电源：
DC12V。
（2）无线远程无线实时监测结构图
图4-1无线实时监测结构图
（3）无线远程数传采集系统具备的特点
①支持GSM双频网络和GPRS数据通信网络等2.5代无线网络；
②易于安装、维护；使用方便、灵活、可靠，即插即用；
③能强大的嵌入式互联网控制器，具备完整的TCP/IP协议栈及功能强大的透明传输保障机制；
④可实现点对点、点对多点多种方式的实时数据传输；
⑤不依赖于运营商交换中心的数据接口设备，直接通过Internet网络随时随地的构建覆盖全国范围内的移动数据通信网络。
特点：
只要能够接入互联网，即可取得测试得到的数据；安全可靠，SQLserver数据库是大型的数据库，它的安全性高用它来做监测系统的数据引擎可以保证数据的安全；系统对用户实现管理功能，通过检查使用者的名字和密码，使用者才能进入。
通过数据流方式传输，资费与短信相比较为便宜。
GPRSDTU采用ARM9高性能工业级嵌入式处理器，以实时操作系统为软件支撑平台,超大内存,内嵌自主知识产权的TCP/IP协议栈。
为用户提供高速，稳定可靠，数据终端永远在线，多种协议转换的虚拟专用网络。
DTU在应用之前首先要进行设置，通过软件设置好数据中心的IP和端口及其它参数的设置，设置好之后串口和采集器串口对接，DTU上电之后根据事先设置好的中心IP和端口进行连接，成功连接到中心软件后即可双向透明传输数据。
用户可以通过任何能联网的电脑，登录服务器输入自己的用户名密码及时查看自己监测的信息。
系统提供的图标显示更直观的显示了被监测的数据。
图4-2系统结构图
无线远程数传采集系统具备如下优点：
1）能实现远程无线监控；
2）可实现短信报警；
3）可节省大量线材等费用；
4）可在任何有网路的地方经过授权后即可查看实时监测数据；
五.数据无线监测方案与传统人工检测优势
目前传统人工检测存在以下几方面的不足：
首先，检测工作费时费力；
第二，在极端恶劣气候情况下，很难到现场进行检测；
第三，很难对滑坡进行全天候24小时监测；
针对人工检测中的问题，无线监测技术的发展很好的解决目前检测中的不足。
首先，不需要人员多次进入现场，节省人力物力；
第二，能够全天候24小时实时监测，确保数据的连续性；
第三，当结构物出现异常时，系统能够第一时间以短信的方式通知相关管理人员。
无线传输优势：
无线传感器网络可以得到山体滑坡实时监测数据，并据此确定出现山体滑坡的危险性。
无线传感器网络可以很方便的进行初期的部署，数据的传输也不会因为地形的改变而中断，因此非常适合用于山体滑坡现场的环境监测。
六.综合管理软件
综合管理软件是综合模拟导航、采集、传输、数据分析、显示、报表、预警、评估等各项功能与一体的集成系统。
根据行业实际特点而研发的针对性的综合管理软件。
综合管理软件能够提供良好的人机交互界面，便于使用者操作，主要功能如下：
1、能够全景导航结构物的监测设备分布结构：
综合管理软件能够通过在网页中嵌入三维图像,形象的反应设备的分布和监测状态，方便用户操作。
2、能够进行监测分析：
主要对数据进行各类处理，包括：
对温度、湿度、测斜、挠度、振动等进行报表、图形等分析。
可显示实时的数据，也可提取一段时间历史数据进行分析，或对几种参数同时进行显示分析。
3、能够对结构安全状况的预报警：
当判断出结构存在安全隐患时,系统可以通过实时界面提示、报表、Email、短信等形式进行预报警。
5、自动报表功能：
可根据系统自动或者人工分析的结果，自动生成各种类型报表，并且提供报表下载功能。
6、可进行设备的自诊断：
可以对故障设备进行提示，为设备维修和更换提供依据。
7、系统管理的安全保障：
为保障系统的安全运行，对不同管理人员提供不同的权限。
对用户身份进行验证，有查看、增加、删除、赋予权限等不同操作。
8、数据分析功能：
主要对数据进行各类分析处理，包括：
数据的统计分析（极值、平均值、有效值、均方值、方差、标准差等）、结构参数识别（结构固有特性识别等）、结构的安全评估（趋势分析、原始指纹、动静结合、养护管理评定、承载力评定等）等功能。
七.设备清单
采石场监测系统设备清单
序号
设备名称
型号及规格
单位
数量
备注
一、岩土体内部位移监测
1
测斜仪
支
6
2
测斜仪数据采集单元
台
1
8通道
4
传感器信号避雷器
SR-E012/4S
个
1
5
电源电缆
RVV2×6
米
待定，需到现场确认
6
测斜仪专用电缆
米
待定，需到现场确认
7
避雷针
套
1
8
斜槽测斜管
米
30
二、软件系统
1
数据采集软件
套
1
2
数据分析及预警软件
套
1
三、通信系统
1
GPRS无线模块
个
1
数据无线传输
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