边坡智能化监测系统在边坡工程中的搭建与应用研究

陆家成

摘 要：本文以实际边坡为案例，设计了一套边坡智能化监测系统，通过这套智能化的监测系统，可以实现自动化采集边坡各监测指标数据，并利用现代化的数据传输、数据处理、智能分析、自动预警等技术，掌握边坡稳定性状况，达到边坡智能化监测的目的。

关键词：边坡工程；监测指标；智能化监测

1 工程概况

边坡所在公路地处深圳市东部大鹏湾沿海地带，属于海岸低山丘陵与半岛海湾冲积平原。在低山丘陵中，以高丘陵为主，其间夹有小型盆地与谷地；在平原地貌中，以泻湖平原为主。地形高差较大，并呈北高南低之势，路线走廊范围海拔变化在0～300m之间。边坡位于葵涌镇和坝光分界径心坳垭口两侧，垂向公路为一分水岭，向南经坝光水库流向白沙湾，向北经径心水库、径心河流向葵涌，主要为丘陵低山地貌单元。岩性主要为第四系残坡积含砂亚粘土、亚粘土和燕山期全～微风化花岗岩、花岗斑岩和构造角砾岩。

邊坡最高为6级，各级边坡的设计坡率及防护措施为：第一级边坡坡率为1：0.5，设置4m高脚墙，第二级边坡坡率为1：1.5，分别采用客土喷播防护和TBS岩石植被防护并部分采用预应力锚索框架加固；第三级边坡坡率为1：1.5，分别采用客土喷播防护和TBS岩石植被防护；第四级到第六级边坡坡率为1：1.25，采用TBS岩石植被防护，临近的边坡采用客土喷播防护。

2 边坡智能化监测系统组成

边坡智能化监测系统是集目前各种先进的监测设备、监测仪器、通讯技术以及其它技术手段于一体的最新边坡监测方式，能自动、实时、全面、准确的采集边坡的相关监测数据，并对海量信息进行挖掘分析，为边坡的安全、高效、经济运营管养提供支持。边坡智能化监测系统由传感器子系统、数据采集传输及辅助子系统、数据库子系统、边坡稳定性评估与预警子系统、用户界面子系统组成。

2.1 传感器子系统

传感器子系统是边坡智能化监测系统中最主要的部分，通过该子系统可获得边坡体变形的重要信息：位移、沉降、倾斜、应力应变及外部环境等信息。传感器子系统一般包括有：GPS、固定式测斜仪、裂缝计、水压计、雨量计、应力应变计等。

2.2 数据采集、传输及辅助子系统

通过该子系统，边坡智能化监测系统能够实现数据的自动化采集、自动化传输等功能，同时还能提供现场供电、系统防雷等辅助模块。

2.3 数据库子系统

该子系统能够完成边坡智能化监测系统运行期间的所有数据信息存储，并实现各种资料的归档、存储、查询、管理和调用等功能。

2.4 边坡稳定性评估与预警子系统

该子系统与传感器子系统和数据采集传输子系统有机地组合在一起，对系统采集的海量数据进行分析处理，实现边坡稳定性评估、监测数据预测及自动安全预警等功能。

2.5 用户界面子系统

该子系统实现工程信息管理、监测数据管理、边坡稳定性评估、监测数据预测及自动安全预警等功能的可视化和可操作化。

3 监测指标与监测方法

在设计本边坡监测指标时，综合考虑地质情况、边坡等级及边坡实际危险部位等因素。本边坡监测指标及监测方法如表3-1所示。

5雨量监测监测边坡所在区域降雨量的大小雨量计

4 测点布置与设备选型

4.1 测点布置

本边坡监测测点布置根据现场勘查结果，遵循经济实用原则进行布设。各监测指标测点布置方法如表4-1所示，测点布置图如图4-1所示。

4.2 传感器及采集设备选型

根据市场调研结果，传感器及采集设备型号的选择在满足监测性能要求的情况下，尽量经济实用。各监测指标相关设备型号参数选择如表4-2所示。

5 数据传输、供电及防雷方法

5.1 数据传输

根据边坡的现场环境，在边坡的相应地方设置监测点后，将现场所有安装的传感器连接到现场监测站，在监测站安装一个采集仪防护箱，所有的传感器连接电缆全部引进采集仪防护箱连接采集仪，系统由远程控制，通过采集仪采集传感器数据后，将数据通过3G/4G的无线数据传输方式将传感器数据直接传输到控制中心。

5.2 系统供电

A边坡现场离最近的电源输出点距离较远，本方案考虑采用太阳能供电系统对现场监测站进行供电。太阳能发电系统由太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。输出的电压为12V，直接供给设备使用，共配4块18V/160W的太阳能电池板、6块12V、120AH的蓄电池，由一台太阳能控制器进行控制。为了维护方便，GPS测点之间距离较远，本方案对GPS实行单独供电，每套GPS接收机配一块18V/80w电池板、一台太阳能控制器、一个12V/120AH的蓄电池。

5.3 系统防雷

多重防雷措施并举，包括防直击雷、防感应雷。防直击雷主要采用预放电避雷针及有效接地来实现；防感应雷包括电源防雷和信号防雷，其中电源防雷主要通过电源防雷器以及有效接地来实现，而信号防雷则主要通过信号光电隔离及信号防雷器来实现。所有监测点其主机均安装保护箱内并设置防直击雷避雷针，所有监测点主机信号线路设置信号防雷保护器，所有设备及其保护箱都严格接地，接地电阻应小于4Ω，同一横断面上多个防雷接地点在距离较近时可考虑连接成防雷网。

6 结论

本文通过对实际边坡工程进行分析，确定了该边坡智能化监测指标和监测方法，设计了边坡智能化监测系统，整个边坡智能化监测系统由传感器子系统、数据采集传输及辅助子系统、数据库子系统、边坡稳定性评估与预警子系统、用户界面子系统共5个子系统组成，并对各子系统的构建方法进行了详细的研究与介绍。

参考文献：

[1]罗承栋，刘湘黔.全国建筑安全协会联谊会，2010.

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