1.一种用于露天矿坑尾矿库边坡滑坡预警的动态监测系统,其特征是,包括:矿坑水位监测单元,用GPS量测水位高程变化,通过地质资料及室内岩石力学试验分析可得,矿坑水位循环变化是产生滑坡的主要诱因,矿坑水位的变化决定其他监测单元的监测频率;
地表裂缝及位移监测单元,采用GPS系统测量,GPS数据采集使用多台GPS接收机同步观测以获得观测数据,观测完成后,下载观测数据,对下载的数据初步解算处理;
深部变形及位移监测单元,采用钻孔倾斜仪监测,采取定期测孔,由技术人员携带钻孔测斜仪监测设备,到滑坡现场对深部位移测试,记录数据,然后对监测数据内业整理;
宏观巡查监测单元,通过调查和巡访直接了解边坡的变化情况;
中央处理单元,前述各单元的数据分别输送至中央处理器中,通过调用原始数据库资料,分析位移监测资料与水位监测资料的关系,同时结合宏观巡查资料分析边坡失稳的概率。
2.如权利要求1所述的用于露天矿坑尾矿库边坡滑坡预警的动态监测系统,其特征是,所述地表裂缝及位移监测单元,具体包括在稳定地段建立基准点,在监测边坡体上设置观测点,运用GPS定期测量测点和基准点之间的位移变化量;数据处理后解译为滑坡体地表位移量、位移方向和变形速率曲线图;
所述观测点的布置,在深部岩体位移监测布置3个测斜孔。
3.如权利要求1所述的用于露天矿坑尾矿库边坡滑坡预警的动态监测系统,其特征是,为完成地表位移测点布置,在北帮边坡建立监控网,并采用GPS实时监测的方法,采用直接埋设方法,完成了各测点的位移值测量。
4.如权利要求1所述的用于露天矿坑尾矿库边坡滑坡预警的动态监测系统,其特征是,所述地表裂缝监测单元,采用钢卷尺测量,监测内容主要是裂缝的扩展情况,当裂缝发展速度突然跳跃式的变化,或者纵向裂缝突然被拉长,预示边坡即将失稳破坏;在坡顶拉裂裂缝两侧共布置5组裂缝宽度测量基点,用钢卷尺直接量测裂缝的宽度变化。
5.如权利要求1所述的用于露天矿坑尾矿库边坡滑坡预警的动态监测系统,其特征是,所述深部变形及位移监测单元,具体包括通过观测深部岩体位移,准确掌握坡体滑动面的位置、边坡测点位移速率和边坡体位移随深度的变化情况;监测数据处理后的历时曲线,解译为崩滑体内各岩土层相对位移的空间分布和变形规律。
6.如权利要求1所述的用于露天矿坑尾矿库边坡滑坡预警的动态监测系统,其特征是,所述矿坑水位监测单元,具体包括监测内容为水位值的变化,数据处理后解译为水位变化量和变化速率曲线图;水位的变化量和变化速率决定着其他监测单元的监测频率,监测频率与水位的变化量和变化速率成正比。
7.如权利要求1所述的用于露天矿坑尾矿库边坡滑坡预警的动态监测系统,其特征是,所述宏观巡查监测单元,具体包括沉降、隆起、建筑物变形及异常现象,提交崩滑体巡查路线及变形情况报告。
8.如权利要求7所述的用于露天矿坑尾矿库边坡滑坡预警的动态监测系统,其特征是,所述异常现象包括地声、地下水异常和动物异常。
9.一种利用用于露天矿坑尾矿库边坡滑坡预警的动态监测系统的监测方法,其特征是,包括以下步骤:
1)地质资料分析,通过对矿区地质资料进行分析,确定诱发露天矿坑尾矿库边坡失稳的主要地质构造,根据矿山地质勘探资料及目前边坡产生变形的滑坡潜在区域分析,确定地表位移监测点的位置及数目,边坡体内部存在软弱蚀变带结构,是发生滑坡的重要结构面,根据蚀变带位置确定深部位移监测点的位置、深度、数目;
2)室内岩石力学试验,尾矿的排放使的水位处于持续变化状态;通过室内岩石力学试验分析水位变化对岩石的力学特性的影响,选取典型的蚀变带岩石,进行不同饱水-失水循环条件单轴和三轴压缩实验,水位变化对边坡岩石力学性质造成严重损伤,是产生滑坡的主要诱导因素;
3)有限元强度折减法分析,通过建立的数值模型分析水位变化时,边坡的应力、应变及安全系数的变化,确定水位变化是影响滑坡的主要因素;
4)监测设备的安装与调试,安装GPS测量系统,运行设备并记录初始数据,利用钻孔测斜仪测量并记录各个测孔的初始数据;
5)监测数据的获取与处理,监测信息涉及施测项目全部测点成果数据和计算结果数据,定期由专业监测人员携带GPS接收机、移动式钻孔倾斜仪设备,到各个监测点观测记录或下载数据;
6)一个期次的监测工作完成后,及时处理各类监测仪器的数据,剔出监测噪音数据;对可靠的数据编制各类数据成果表、曲线图,综合分析监测成果;掌握滑坡的变形动态,编写监测报告。
10.如权利要求9所述的监测方法,其特征是,步骤4)中的数据处理如下:(1)异常数据的剔除与内插
对监测数据中明显异常和误差较大的数据进行了剔除,为了保证监测数据的等间隔性,对剔除后的监测数据进行了线性内插处理;
对于累积位移系列Y1,Y2,Y3…Yi…Yp…Yj…Yn,i、j、n为顺序时间序列,n为大于3的整数,p为剔除点个数;
其对应的时间系列为t1,t2,t3…ti…tp…tj…tn,如果在ti…tj间剔除了p个数据,剔除后的内插值采用下式计算:
式中:ti为监测时间;Yi为从开始到ti累计位移,Yj为从开始到tj累计位移;
(2)投影
首先,通过统计分析的手段判定监测点累积位移的位移方向,以大多数位移矢量方向为依据,确定各点的主滑方向,并将各点位移矢量向各点的主滑方向投影,得到各点在主滑方向上的位移;下式为计算各监测点在主滑方向的累积位移量的计算公式:Yi*=Yicos(αi-γ)
*
式中:Yi-各点累积位移在主滑方向上的投影;
αi-累积位移方位角;
γ-主滑方位角;
(3)变形突变现象的分析与处理
分析累积位移-时间曲线的类型,归纳不同类型累积位移-时间曲线所对应的滑坡变形规律;不同类型的累积位移-时间曲线的处理方法不同:光滑型曲线不处理;震荡型曲线釆用均匀滤波法进行平滑处理,采用二次滤波处理累积位移:
式中:Yi1-一次均匀滤波后所得累积位移;
Yi2-二次均匀滤波后所得累积位移。