[发明专利]一种管道坡面失稳自动监测预警装置

权利要求书

1.一种管道坡面失稳自动监测预警装置，包括支架（1）和设于其上的监测箱体（10），其特征在于，还包括：

土压力应力板（2），按阵列埋设于管道坡面挡墙后的土体内，用于实时检测管道坡面挡墙受压状况；

监测处理器（3），用于对接收的土压力应力板（2）的数据进行转换后计算得到管道坡面的压力值，并与管道坡面的压力安全阈值比较后发出监测数据和预警信号；

无线传输模块（4），用于将监测处理器（3）发出的监测数据和预警信号通过无线方式传输至远端的监控后台；

蓄电池模块（5），用于装置的供电；

太阳能电池板（6），连接蓄电池模块（5），用于蓄电池模块（5）充电；

所述监测处理器（3）分别连接土压力应力板（2）、无线传输模块（4）和蓄电池模块（5）；所述监测处理器（3）、无线传输模块（4）和蓄电池模块（5）安装于监测箱体（10）内，所述太阳能电池板（6）设于监测箱体（10）上。

2.根据权利要求1所述的一种管道坡面失稳自动监测预警装置，其特征在于，所述监测处理器（3）包括有单片机和模数转换模块。

3.根据权利要求1所述的一种管道坡面失稳自动监测预警装置，其特征在于，所述土压力应力板（2）为9个，在与水平面垂直并与挡墙立面平行的立面上、呈等间距网格状均匀排布于挡墙立面后部的土体内，所述土压力应力板（2）与挡墙立面平行。

4.根据权利要求3所述的一种管道坡面失稳自动监测预警装置，其特征在于，相邻土压力应力板（2）的等间距为0.5~1.0m，最小埋深为0.3~0.5m。

5.根据权利要求1所述的一种管道坡面失稳自动监测预警装置，其特征在于，所述土压力应力板（2）包括有16个应力片，所述应力片是由压力敏感元件组成的压力传感器。

6.根据权利要求1所述的一种管道坡面失稳自动监测预警装置，其特征在于，设于管道坡面挡墙上的支架（1）为不锈钢或铝合金材质制成，并连接有防雷接地装置。

7.根据权利要求1所述的一种管道坡面失稳自动监测预警装置，其特征在于，所述监测箱体（10）为不锈钢或铝合金材质制成，并设有防雷接地装置。

8.根据权利要求1～7任一项所述的一种管道坡面失稳自动监测预警装置，其特征在于，所述监测处理器（3）对管道坡面的压力通过以下方法计算得到：

临界压力F：

式中，为水压力，单位N；为土压力，单位N；

水压力：

式中，P为土压力应力板（2）检测的压强值、单位Pa；S为土压力应力板（2）压力传感器受力面积，单位m²；为水的密度，单位kg/m³；g为重力加速度，单位m/s²；H为地表以下至墙底处深度，单位m；

根据朗肯土压力理论将土压力分为无粘性土压力及粘性土压力，其计算公式如下：

无粘性土土压力：

粘性土土压力：

主动土压力系数：

式中，土压力单位N；为主动土压力系数；为墙后填土的重度，单位KN/m³ ，其中地下水位以下采用有效重度 ；c为填土的粘聚力，单位Kpa，由土工试验测得；为填土的内摩擦角，单位度°，由土工试验测得；H为地表以下至墙底处深度，单位m；

所述管道坡面的压力安全阈值通过以下计算方法得到：

安全阈值

式中，为安全阈值，单位N；F为临界压力，单位N；n为安全系数，取值为0.6~0.8。

9.根据权利要求8所述的一种管道坡面失稳自动监测预警装置，其特征在于，所述压强P取其中土压力应力板（2）检测到的最大值。