[发明专利]一种多成因地面塌陷状况的模拟监测系统及其使用方法

说明书

本发明涉及一种多成因地面塌陷状况的模拟监测系统及其使用方法，该模拟监测系统包括盛土容器、带有凹形卡槽的底座、监测单元固定架、解调器、数据线和用于控制所述模拟监测系统的数据处理和运行的计算机，其中：所述盛土容器设置在所述底座的凹形卡槽内，盛土容器包括形状可变的气体箱、金属孔板、导气管、气体动力源的振动器、增压/负压两用气泵、用于获取盛土容器内土层厚度的标尺和固定杆；所述监测单元固定架的上部设置三个监测单元；所述监测单元内设置有微型合成孔径雷达、光学传感器和四个距离传感器。本发明能够简便而又精确地在室内模拟土体塌陷状况并进行实时监测。

本发明属于工程地质技术领域，特别是一种多成因地面塌陷状况的模拟监测系统及其使用方法。

背景技术

目前现有的地面变形监测技术，根据监测范围可划分为大范围监测技术和小范围监测技术两大类。大范围监测技术通常采用合成孔径干涉雷达(INSAR)、全球定位系统(GPS)以及水准测量等。小范围监测技术主要有传统的水准测量、基岩标以及分层标等方法。而其中地裂缝的监测技术则十分局限，通常采用位移计等传感器对已发育到一定程度的地裂缝进行监测，这类监测技术不能对土体内部潜在裂缝的发生和发展进行有效监测和预警。所以研究土体微变形监测技术与仪器是目前热点，包括光纤传感技术等。但如何对其精度和工程实用性进行评价目前还是空白。因此，加快研发一种集性能可靠、自动化程度高、观测精度高、数据量充足、使用简便和成本可控等为一体的多成因地面塌陷模拟状况的监测系统是工程地质领域的一项紧迫任务。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足而提供一种多成因地面塌陷状况的模拟监测系统及其使用方法，本发明能够简便而又精确地在室内模拟土体塌陷状况并进行实时监测。

根据本发明提出的一种多成因地面塌陷状况的模拟监测系统，其特征在于：包括盛土容器、带有凹形卡槽的底座、监测单元固定架、解调器、数据线和用于控制所述模拟监测系统的数据处理和运行的计算机；其中：所述盛土容器设置在所述底座的凹形卡槽内，盛土容器包括形状可变的气体箱、金属孔板、导气管、气体动力源的振动器、增压/负压两用气泵、用于获取盛土容器内土层厚度的标尺和固定杆；所述金属孔板设置在盛土容器的底部凸起上；所述气体动力源的振动器通过固定杆与盛土容器连接；所述增压/负压两用气泵通过导气管与形状可变的气体箱连接；所述形状可变的气体箱通过导气管与盛土容器连接；所述盛土容器下部设置四个增压水泵；所述盛土容器底部设置三个负压水泵及对应的抽水管，所述抽水管与盛土容器连接；所述盛土容器的外侧面上设有用于获取盛土容器内水位压力的测压管；所述监测单元固定架固定于盛土容器的顶部凹槽内，所述监测单元固定架的上部设置三个监测单元；所述监测单元内设置有微型合成孔径雷达、光学传感器和四个距离传感器。

本发明的实现原理是：由于不同形状、不同规模的地下洞穴发生塌陷时在土体中会产生不同的影响，本发明运用形状可变的气体箱具有良好的伸缩性的特点，可根据实际的情况对其进行调整，使其具有不同的形状与规模，从而实现对不同形状、不同规模地下洞穴的模拟，对比现有技术方案，无需进行地下洞穴模拟装置的更换；同时，结合负压水泵、增压/负压两用气泵和气体动力源的振动器可实现对不同成因地面塌陷的模拟，对比现有技术方案，实现了在一个系统内进行单成因以及多成因的地面塌陷模拟，节省了大量的时间、人力和物力。同时，运用多种高精度的传感器，可实现对地面塌陷整个过程的监测，为后续的评价分析提供准确的资料。

本发明与现有技术相比显著优点在于：

一是本发明提出的多成因地面塌陷状况的模拟监测系统，通过调整其形状可变的气体箱的形态，实现对不同规模、不同形态地下洞穴的模拟，避免了现有技术需要进行地下洞穴模拟装置更换的弊端。

二是本发明提出的多成因地面塌陷状况的模拟监测系统，通过改变负压水泵、增压/负压两用气泵和气体动力源的振动器的不同组合方案，实现了在一个系统内进行多成因地面塌陷状况的模拟，避免了现有技术需要大量模拟装置才可实现多成因地面塌陷模拟的弊端。