滑坡在地质学中被定义为仅次于地震的第二大地质灾害。山体滑坡、危岩体滑坡也是我国山区地带最为常见、最易发的地质灾害,能在短时间内迅速掩埋或摧毁铁路公路、涵洞、路基桥梁等设施,严重影响道路运输安全。近年来,国内高速公路的建设步伐不断加快,通车里程不断向偏远地区延伸,山区路段受地理地质因素限制,建设过程中不可避免会出现一些危险岩石。如何根据偏远地区特殊的地形地貌因素,对公路危岩体灾变进行有效的监测和脱落预警,从而有效防止出现严重垮塌灾害事件,降低公路工程建设和运营期间人员伤亡事件与社会经济损失,已成为交通行业亟待解决的工程难题。
一、危岩体滑坡监测现状
滑坡监测内容主要是以下几个方面:地面变形、地下变形、应力观测、降水、地下水观测、地震、环境因素和宏观观测等。随着技术的发展,观测方式也逐渐向高精度化、定量化发展,观测方法有了较大的发展。常用的观测方法及特点见下表1。
表1 滑坡监测技术方法
由上表可以看出,不同监测方法的监测重点不同,还有各自的适用性及不足。就宏观观测来看,工程师一般选择简单经济,直观可靠,且判断较为准确的方式来实现滑坡预警功能。技术型授权代理商Excelpoint世健的工程师Galen Zhang介绍了ADI滑坡监测解决方案,该方案可以利用倾斜仪测量法来判定滑坡状态。
二、ADI滑坡监测解决方案
1. 测量原理
倾斜类仪器通常分为测斜仪和倾斜仪两类:用于钻孔中测斜管内的仪器,习惯上称之为测斜仪;而设置在基岩或者建筑物表面,用做测定某一转动量,或者某一点相对于另一点垂直位移量的仪器称之为倾斜仪,即表面倾角计。
滑坡变形下滑过程中必然会导致滑坡体表面的角度值变化。因此对表面倾角的监测也可以在另一个角度上反映滑坡的稳定状态。倾角的变化可利用加速度计来计算。倾斜仪是监测坡体水平倾斜或者垂直倾斜的观测仪器,一般应用场景如下图:
图1 危岩体监测
图2 滑坡监测
2.系统框图
下图3为ADI滑坡监测的信号链。利用高精度加速度计ADXL355/7和低功耗MCU MAX32660来完成倾角计算和滑坡监测判断。