[发明专利]一种裂缝三维状态变化监测方法及监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种裂缝三维状态变化监测方法及监测系统，属于工程地质裂缝及地质灾害致裂裂缝监测领域。

背景技术

三峡库区内高切坡群多分布于人口集中居住区域与道路沿线且具有“陡”、“高”的形态特征，其稳定性的状态好坏严重关系到库区移民的生命财产安全与经济建设活动，对于其采取监测措施十分必要。地表裂缝变化是判断滑坡稳定性分析的关键参数与重要表征，其监测作为滑坡监测中的重要一环，必不可少。

国内对地表裂缝的监测手段主要为通过多种方案测得裂缝宽度变化的位移计，如：基于应变片的、基于光纤光栅的、基于收敛计的、基于裂缝传感器的以及LF型差阻式裂缝计。上述集中仪器多为单一维度的监测手段，监测信息过于简单。中国科学院地质与地球物理研究所基于特制三向游标卡尺设计的三维裂缝仪以及李晓设计的IGG-1型机械式裂缝计，能较好的反应裂缝的三维数值变化，但机械式设计使其精度尚有进一步的提升空间。国外在地表裂缝监测拥有许多专业仪器，如加拿大Roctest公司的的JM系列裂缝计、PF25裂缝计、REPP遥控型裂缝计、英国SOIL公司的振弦式裂缝计以及其他公司生产的测缝计、裂缝计、位移计(多点)以及土体位移计，都不能实现裂缝的地表三维状态监测，或者监测精度低而不具有参考价值。此外还有基于INSAR、三维激光扫描以及GPS、微破裂成像等技术对裂缝分布状态及发育规律的监测，但过于宏观，无法精密监测单一裂缝的发育过程，或是只能反映地裂缝的沉降特征。

由于地裂缝致裂因素众多，其变形过程必然是复杂、立体的，单一维度的地裂缝状态变化监测不足以反应其变形特征与成因机理。因此，对地表裂缝的三维状态变化监测方法具有重要意义。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种裂缝三维状态变化监测方法及监测系统，结构简单、设计合理、技术成熟、高精度、性价比高、方便易用，可以监测滑坡或地质灾害致裂的裂缝三维状态变化，适合于工程地质领域使用。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种裂缝三维状态变化监测方法，包括以下步骤：

(1)利用固定于裂缝一侧的激光测距仪对固定于裂缝另一侧的三角反光架的三个顶点分别进行测量，每次测量时激光测距仪发射的激光被位于三角反光架的三个顶点的全反射棱镜反射，从而测得三角反光架的三个顶点分别到激光测距仪探头中心的距离、竖直角和水平角；

(2)重复步骤(1)，得到不同时期测量的数据；

(3)根据不同时期测量的数据计算三角反光架的三个顶点的位置变化，得到裂缝的空间坐标变化。

步骤(1)进行测量时，三角反光架所在平面与裂缝走向平行。

步骤(1)所述三角反光架的三个顶点的全反射棱镜旁各设有一个靶标，所述靶标距其最近全反射棱镜的距离与激光测距仪探头距激光测距仪辅助灯的距离相同，测量时，将激光测距仪辅助灯瞄准靶标，以使得激光测距仪发射的激光被全反射棱镜反射。

步骤(2)所述得到不同时期测量的数据，其时期间隔根据地质活动和裂缝发育情况确定，间隔范围为10天至一个月。

步骤(3)所述根据不同时期测量的数据计算三角反光架的三个顶点的位置变化，具体包括各点的总空间变化以及阶段空间变化：

顶点A的总空间变化量为：

顶点A的阶段空间变化量为：

顶点B的总空间变化量为：

顶点B的阶段空间变化量为：

顶点C的总空间变化量为：

顶点C的阶段空间变化量为：

其中，i∈[2,n]，n为测量时期总数，A(Δx_A,Δy_A,Δz_A)、B(Δx_B,Δy_B,Δz_B)和

C(Δx_C,Δy_C,Δz_C)分别表示顶点A、B和C的位置变化量，和分别表示第i次监测时顶点A、B和C到激光测距仪探头中心的距离，和分别表示第i次监测时顶点A、B和C到激光测距仪探头中心的竖直角，和分别表示第i次监测时顶点A、B和C到激光测距仪探头中心的水平角。