[实用新型]基于应变电阻的桥式泥石流孔隙水压力传感器及预警系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种桥式电阻原理的泥石流孔隙水压力传感器，特别是一种用于泥石流预警监测的桥式电阻原理的泥石流孔隙水压力传感器。 

背景技术

2010年8月7日夜至8日凌晨，甘肃甘南藏族自治州舟曲县突发特大泥石流，造成重大人员伤亡和财产损失。从电视中看到的灾难画面让人触目惊心，给我造成了强烈的震撼！图1是2010年8月7日，甘肃舟曲县发生的泥石流灾害，造成死亡1434人，失踪331人。泥石流这个词对于四川人来说毫不陌生。在汶川特大地震极震区，由于受地震影响岩体震裂松动，岩石疏松破碎并诱发了大量的表层滑塌、崩塌、滑坡，致使大量的松散物质堆积在沟道内，为泥石流的形成提供了丰富的物源，使得最近四川频繁发生大型山洪泥石流。 

2010年8月13日13时至14日7时，都江堰市龙池镇出现大暴雨，引发特大山洪泥石流灾害，造成16人死亡，66失踪；其后在汶川地震重灾区的映秀、绵竹、北川等都相继发生了严重的泥石流灾害，造成了重大人员伤亡和财产损失，使得地震灾害之后的重建不得不面临二次重建的局面。2010年9月24日，四川地震灾区北川县遭暴雨泥石流袭击，已造成14名群众失踪，唐家山堰塞湖也因泥石流堵塞泄洪槽，水位上升５米，严重危害下游的居民……图2是9月24日北川县遭暴雨泥石流冲毁的家园。2013年4.20四川芦山7.0级地震后，雅安全市共排查出地质灾害隐患点2724处（滑坡1268处，泥石流304处，崩塌653处，不稳定斜坡474处，其他25处），威胁人数18余万人、财产845680.2万元。其中，新增地质灾害隐患点997处，原有地质灾害隐患点1727处（险情加剧点187处）。实践也证明所以监测预警是目前泥石流防灾减灾最有效的手段。 

泥石流启动是指在降雨、渗透的作用下，土体因含水量增加、体积收缩、粘土颗粒膨胀而造成孔压上升导致其摩擦力降低，同时土体潜蚀导致粘滞力降低，最终促使土体强度降低并失稳液化产生泥石流的过程。 

泥石流要是能预警和进而预报就好了，这样至少能减少人员伤亡！这个想法一直在我脑子里，于是我找到了老师，告诉他我的这个想法。老师鼓励了我，但也告诉我：“泥石流是自然灾害，要预测和预警可不那么容易，首先要学习相关知识。”于是我下决心来收集相关的信息、学习相关的知识。 

目前，国内外的泥石流监测预警，主要是采用人工观测、降雨监测、视频和含水量监测来预报、预警泥石流的方法。随着震后泥石流灾害的频发程度，研究人员开始关注地下微观的孔压变化，泥石流的启动和发生是土体内部孔压作用效应。根据研究表明，孔隙水压力变化特征,不同的起动模式下的土体内部孔隙水压力变化特征不同,孔隙水压力的变化可以解释不同泥石流起动模式的机理特征。根据研究结果,可以对不同起动下的泥石流模式进行不同的防治规划,同时结合泥石流起动过程中孔隙水压力的变化，以解释泥石流起动的模式，开展震后泥石流预报而不是预警提供了新型技术手段。 

目前，通过监测泥石流沟的边坡土壤的水量和孔隙水压力的双重方法，判定泥石流的启动条件和实现预警和预测是科学界极度关注和处于方兴未艾之势。但是由于孔隙水监测传感器技术问题，制约了孔压监测在泥石流中的应用。据调查，在泥石流研究国内外享有盛名的中国科学院的泥石流专门的研究所，目前，在泥石流边坡孔压监测中，大多采用国内的孔压传感器和进口十分昂贵的美国的孔压传感器和采集设备（一套设备大约10多万美元）。 

    我们国内生产的孔压传感器，主要对象是应用于水库大坝的渗水监测、滑坡体的孔压监测。通过我们调查，在这些监测中的特点是由于滑坡体较具有深度大，一般在几米到几十米，便于现有的大尺寸孔压传感器埋设。在水库大坝监测中，传感器埋藏深度较深，大坝渗水含水量较大，对传感器灵敏度和尺寸要求不高，一般还是可以满足滑坡和大坝渗透监测的需求。 

在泥石流沟的边坡监测中，孔压和泥石流发生的关系和一般边坡提供给泥石流的堆积物的厚度在五十厘米左右，加上，一般这个土壤中的含水量不是很高，至少比大坝渗透时候，大坝的含水量低。在这种较低含水量和浅土层的孔压监测中，对孔压传感器就提出了更高的要求。目前，国内的现有孔压传感器，尺寸大，一般长度在190mm，直径在25mm，量程大、灵敏度低，成本高，基本上不能满足泥石流沟的边坡浅土层监测。由于成本高，也不适合多数量、大量面积埋设。 

实用新型内容

针对现有泥石流预警方法存在的问题，本实用新型提供一种用于泥石流监测的应变电阻桥式原理的水压力传感器；本传感器监测震裂坡地土壤中的孔隙水压力，来满足科学家对泥石流的预测和发生实现预警和一步实现预报。