一种高陡边坡危岩变形体裂缝变形监测装置和方法
本发明涉及一种高陡边坡危岩变形体裂缝变形监测装置和方法。
背景技术：
1、随着我国交通工程、建筑工程及航运工程等大量的工程建设项目的建立和发展，在此过程中由于道路切坡、岩体爆破等施工活动，不可避免地在工程区域内或附近区域的高陡边坡上产生了大量的危岩体。这些高悬在道路两侧、构筑物附近及航道两旁，裂隙极度发育的危岩体严重威胁着在区域内生活和生产的群众的生命和财产安全，对交通运营和航道通行形成了重大的安全隐患。同样地，在我国存在的数量众多的自然风景区内，落石伤人的新闻更是屡见不鲜。
2、为防患以上危险，近年来各种防护措施与监测手段迭出。其中防护措施，最为典型和成功的便是目前普遍投入建设和应用的主(被)动防护网，而监测手段则如百花齐放，通过众多现代技术手段对各种危岩影响因子进行观测和分析，进而试图预测其变化的趋势与岩崩的发生。
3、各地政府与企业耗资巨大，建设了大量防护设施，众多的监测设备也投入到运营之中，有效地减少了灾害的发生和减轻了灾害的损失程度。然而依旧时常能够听闻崩塌落石伤物害人的事件发生，究其原因，就目前高陡边坡危岩变形体监测的手段和方法而言。本发明认为主要存在如下问题与不足：1.高陡边坡之上，施工人员难以到达和进行施工作业，监测设备架设不便。2.目前监测设备普遍造价高昂，受限于资金原因，难以形成对所有危险区域的有效监测布设。3.尺寸规模相对较小的危岩变形体容易被忽视，而往往正是这些看似无足轻重的危岩体产生了重大安全事故，造成了不可挽回的经济损失。
4、同时随着现代智能机械技术领域的快速发展，近年来，无人机技术被广泛应用于各个行业。基于此，为高位、特高位危岩体的监测预警带来了便利和新的发展。如公告号为cn108555950b，公告日为2020.10.09的发明专利《一种带有柔性抓取器机械臂》，设计了一种安装于无人机之上的机械抓取臂，通过灵活调节机械爪的伸展开合，能够快速便捷的抓取固定需要携带飞行的设备对象。而公告号为cn117719678a，公告日为2024.3.19的发明专利《一种用于高陡危岩监测仪器的布设装置及无人机》。此发明在前述发明的基础之上，设计优化了机械臂的刚性夹持部，使得无人机在升空飞行时其所夹持携带的设备能够更加安全和稳定。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种高陡边坡危岩变形体裂缝变形监测装置和方法，用于解决现有监测设备架设不便、难以形成对所有危险区域的有效监测布设的问题。
2、为了解决上述问题，本发明的技术方案为：
3、一种高陡边坡危岩变形体裂缝变形监测装置，包括底座，在底座两侧分别铰接有支撑板，在底座上固定连接有伺服电缸，在伺服电缸活塞杆上固定安装有称重传感器，称重传感器通过弹簧与铰座连接，铰座通过支撑杆与支撑板铰接，在底座内设有控制器、伺服驱动器和无线通讯模块，称重传感器将检测到的信号传输给控制器，控制器通过伺服驱动器控制伺服电缸伸缩，控制器通过无线通讯模块与终端连接通讯。
4、还包括太阳能板，在太阳能板底部安装有蓄电池，太阳能板通过充电器与蓄电池连接，在蓄电池上安装有卷扬机，卷扬机钢丝绳与支撑板连接，蓄电池为称重传感器、控制器、伺服电缸和卷扬机供电，控制器控制卷扬机收放钢丝绳。
5、在支撑板两侧设有多条防滑凸棱。
6、在伺服电缸活塞杆中心开设有销孔，所述称重传感器为中空称重传感器，销杆一端与铰座固定连接，销杆另外一端穿过称重传感器后插入在销孔内，在活塞杆上开设与销孔相连通的腰形孔，腰形孔内设有限位销，限位销一端与销杆固定连接。
7、一种高陡边坡危岩变形体裂缝变形监测装置的方法，
8、s1、由操作人员远程控制摄影无人机对拟进行监测的危岩体对象进行影像拍摄；
9、s2、根据所获取的影像资料，分析危岩体的发育特征，确定对危岩体变形具有控制性作用的结构面，选定裂缝监测装置设置数量和置点；
10、s3、由操作人员控制搭载着裂缝监测装置的无人机飞至已选定好的装置投放点投放，投放时，要求两块支撑板处于缩回状态，并将太阳能电池板横置在裂缝上，投放完成后，无人机飞回；s4、卷扬机松放钢丝绳，让底座和支撑板进入到裂缝设定深度后，电缸活塞杆伸长，以驱动两块支撑板向外撑开，当两块支撑板抵靠在裂缝两侧岩体时，称重传感器检测到压力增加，此时电缸暂停伸长，并记录此时电缸的伸缩量，计算出初始裂缝宽度；
11、s5、电缸继续伸长，让弹簧压缩，当称重传感器检测到压力值到达设定压力时，电缸活塞杆停止伸长，完成监测装置的安装；
12、s6、称重传感器持续监控裂缝变形特征，并不断通过无线通讯模块将监测到的压力变化数据传送给终端监测站；
13、s7、所述终端监测站分析危岩体变形特征，当危岩体卸荷裂缝张开度或变形速率超过崩塌预报阈值时，发出预警信息。
14、本发明的有益效果为：
15、1.本发明的监测装置因为具备体积小、质量轻、构造简单以及造价低等优点，具备在危岩区监测装置普遍布设的先决条件。通过合理的监测点布置，能够对大范围内的局部崩塌形成有力的监测网络，尤其适用于高陡边坡上受卸荷作用而形成的呈完整块状的小型危岩体对象的变形监测。
16、2.本发明采用无人机携带监测装置飞行至危岩区投放架设的形式，能够对高陡边坡之上操作人员难以到达的危岩变形体位置进行监测装置的投放架设。
17、3.本发明的监测装置采用伞形收张支撑板结构，能够在狭小裂缝空间中固定住监测装置。
18、4.本发明的监测装置通过的结构设置，能够将危岩体裂缝的变形特征转化为内置弹簧的机械变形特征，具备准确、稳定、实时高效反映的装置结构特征。
19、5.本发明的监测装置采用太阳能板+内置蓄电池的供电系统，能够为危岩体的裂缝变形监测提供稳定、长效和便利的电能供给。
20、6.本发明通过卷扬机，能够实现监测装置的远程回收。
技术特征：
1.一种高陡边坡危岩变形体裂缝变形监测装置，其特征在于：包括底座(10)，在底座(10)两侧分别铰接有支撑板(4)，在底座(10)上固定连接有伺服电缸(9)，在伺服电缸(9)活塞杆上固定安装有称重传感器(7)，称重传感器(7)通过弹簧(12)与铰座(13)连接，铰座(13)通过支撑杆(5)与支撑板(4)铰接，在底座(10)内设有控制器、伺服驱动器和无线通讯模块，称重传感器(7)将检测到的信号传输给控制器，控制器通过伺服驱动器控制伺服电缸(9)伸缩，控制器通过无线通讯模块与终端连接通讯。
2.根据权利要求1所述的一种高陡边坡危岩变形体裂缝变形监测装置，其特征在于：还包括太阳能板(1)，在太阳能板(1)底部安装有蓄电池(16)，太阳能板(1)通过充电器与蓄电池(16)连接，在蓄电池(16)上安装有卷扬机(15)，卷扬机(15)钢丝绳与支撑板(4)连接，蓄电池(16)为称重传感器(7)、控制器、伺服电缸(9)和卷扬机(15)供电，控制器控制卷扬机(15)收放钢丝绳。
3.根据权利要求2所述的一种高陡边坡危岩变形体裂缝变形监测装置，其特征在于：在支撑板(4)两侧设有多条防滑凸棱(14)。
4.根据权利要求2或3所述的一种高陡边坡危岩变形体裂缝变形监测装置，其特征在于：在伺服电缸(9)活塞杆中心开设有销孔，所述称重传感器(7)为中空称重传感器(7)，销杆(6)一端与铰座(13)固定连接，销杆(6)另外一端穿过称重传感器(7)后插入在销孔内，在活塞杆上开设与销孔相连通的腰形孔，腰形孔内设有限位销(17)，限位销(17)一端与销杆(6)固定连接。
5.一种使用权利要求4所述高陡边坡危岩变形体裂缝变形监测装置的方法，其特征在于：包括如下步骤：
技术总结
一种高陡边坡危岩变形体裂缝变形监测装置和方法，包括底座，在底座两侧分别铰接有支撑板，在底座上固定连接有伺服电缸，在伺服电缸活塞杆上固定安装有称重传感器，称重传感器通过弹簧与铰座连接，铰座通过支撑杆与支撑板铰接，在底座内设有控制器、伺服驱动器和无线通讯模块，称重传感器将检测到的信号传输给控制器，控制器通过伺服驱动器控制伺服电缸伸缩，控制器通过无线通讯模块与终端连接通讯。本发明用于解决现有监测设备架设不便、难以形成对所有危险区域的有效监测布设的问题。
技术研发人员：张鹏,罗方洋,陈小婷,黄波林,李鹏程
受保护的技术使用者：三峡大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5