[发明专利]一种利用声发射技术的土坡稳定性监测仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于声发射技术的用于监测边坡变形程度的有源波导装置，属于岩土工程领域中一种能够直接，连续，高质量的分析监测边坡变形稳定性的原位测试装置。

背景技术

在土体中，声发射来源于土颗粒之间的摩擦作用，因此对于声发射的收集和监测，便成为了监测土体变形的一种新兴手段。土体中产生声发射的主要机理有以下三点：一是土体颗粒与颗粒之间的相互作用，例如滑动和滚动摩擦；二是土颗粒接触网的重组，包括接触应力的释放以及应力的重分布；三则是发生在产生超高接触应力而使土颗粒表面粗糙度的降低的过程中间。基于上述机理，声发射技术在近几年逐渐吸引了国内外岩土界的学者专家的注意，并相继展开了研究，声发射技术在岩土领域的应用被拓宽的同时，一些相应的机理和假想也逐渐被证实。首先最基本的是土体的变形可以产生能够监测到的声发射，我国在上世纪90年代独立进行了一系列有关声发射技术的实验和研究，都取得了十分显著的成果。其次，土颗粒产生的声发射信号的性质，与土体的特性密切相关，这主要表现在：细颗粒土中所产生的声发射受到土体含水量和塑性指数的密切影响，而反观粗颗粒土体中，收集到声发射信号的振幅会因土颗粒棱角的增多而大大增加。不仅如此，有学者指出声发射波的振幅强弱和土体的应力状态直接相关，土颗粒之间的高接触应力会产生较大振幅的声发射信号。其实早在1961年就有国外学者利用声发射技术对土坡稳定性进行监测，然而这么多年来，如何在不同程度的边坡变形下连续地采集到高质量的声发射信号一直是这个技术领域的难题。尤其是在细颗粒土体中，细颗粒土能够产生的声发射信号就比较弱，而且会在短距离的传播中急速减弱，在软土、粉土分布较广的地区，强化细颗粒土体中的声发射信号便成了当务之急。

发明内容：

技术问题：本发明要解决的技术问题是针对细颗粒土质边坡，在变形稳定性监测中存在的缺陷，提出了一种基于声发射技术，利用有源波导和回填粗颗粒土强化声发射信号的边坡变形监测装置。

发明内容：为解决上述技术问题，本发明提供了一种利用声发射技术的土坡稳定性监测仪，整个土质边坡的构成包括最上层的边坡地表，底层的边坡滑动面，设置于边坡滑动面下方的稳定土层，以及边坡地表和滑动面之间的边坡滑动体；该监测仪包括：顶板盖，换能器，声发射传感器，膨润土灌浆塞，角砾状的粗颗粒充填土，有源波导管；其中，

顶板盖包括横板和自横板向下延伸的且相对的一对竖板，该横板和竖板形成稳定的封闭空间；声发射传感器安装于任一竖板的内表面；换能器与该声发射传感器相连；

有源波导管设置在两个竖板之间，用于对细颗粒土体中的声发射信号进行监测，一方面通过内置能源有效加强了声发射信号，另一方面将边坡滑动面产生的声发射信号波行进的路径限制在仅能发生反射的有源波导管中，避免信号在边坡滑动土体中传播的损耗；

角砾状的粗颗粒土体密实充填在有源波导管的周围，使得边坡在发生形变时产生相对较强的声发射信号；在角砾状的粗颗粒充填土顶部充填形成一个膨润土灌浆塞，且该膨润土灌浆塞环绕有源波导管；

将换能器与有源波导管良好耦合，并在顶板盖形成的稳定封闭空间内与声发射传感器进行连接。

优选的，有源波导管位铜铝材质，且其管径为50mm，管壁厚度为3mm；单根波导管的长度为3m，根据钻孔深度的不同增加或减少波导管的根数，两根波导管之间通过螺纹旋转连接。

优选的，在有源波导管四周按深度均匀回填的角砾状粗颗粒土粒径为5-10mm；且膨润土灌浆塞的高度为0.3m。

优选的，有源波导管需要贯穿滑动面，并高出边坡地表0.4m，与顶板盖形成封闭稳定空间，在其内安置换能器和传感器。

有益效果：在交通岩土工程实践中，边坡变形稳定性的状态监测至关重要。我国绝大多数的地质环境在施工设计中都必须对边坡变形进行监测，及时精确的掌握边坡的稳定性情况至关重要。现有的测斜仪或声发射测量设备，难以解决数据的连续性和精度的问题，容易造成边坡加固措施的晚点、不及时，而且又使得在施工设计中过于保守，增加工程成本。在细颗粒土质边坡中难以收集到可检测的声发射信号，让边坡监测不得不继续采用传统方法，耗时耗力。

本发明解决了国内现有边坡检测设备难以在细颗粒土质边坡中获得可检测、连续、高质量的变形数据这一缺陷。并且与传统测斜仪相比，本发明中带有有源波导的声发射监测仪能够更早的对边坡的失效变形进行预测，并且能够在大的破坏变形后继续收集声发射信号直到变形大到使金属有源波导杆被剪断。该项技术具有连续性、可靠性和可重复性的特点。

附图说明