基于阻尼裝置的智能滑坡防衛系統設計

李沛霖

（重慶交通大學 土木學院， 重慶 400074）

0 引言

我國是滑坡災害頻發的國家，據資料統計顯示，我國新老滑坡有3×104處，其中具有災害性的約1.5×104處，每年損失高達100 億以上。邊坡一般是指具有傾斜坡面的山體側面，由于坡表面傾斜，在坡體自身重力和其它外力作用下，尤其是在降雨沖刷作用下易失穩而滑坡，整個坡體具有從高向低滑動的趨勢。

1 分析可行性

現有技術中，一般使用格構加固的方式對邊坡表面進行加固；格構加固技術是利用漿砌塊石、現澆鋼筋混凝土或預制預應力混凝土進行邊坡坡面防護，并利用錨桿或錨索加以固定的一種邊坡加固技術，或者采用沿坡體側面修筑擋墻的方式，主要作用是將邊坡坡體的剩余下滑力或土壓力、巖石壓力分配給格構結點處的錨桿或錨索，然后通過錨索傳遞給穩定地層，從而使邊坡坡體在由錨杠或錨索提供的錨固力的作用下處于穩定狀態，進而防止邊坡滑坡后對下方的道路造成安全隱患；而通過修筑格構擋墻由于需要對這個坡面機型加固處理，一般的坡面面積較大，造成大量的人工和物料，且工程量大，對于較陡峭的坡體而言，施工難度也較大，造成邊坡治理過程成本較高，并對于已經滑坡的坡體需要重新進行加固，以保證加固的安全性；而這些需重復加固和工程量，均增加了坡修加固維修維護成本，如果直接在坡腳修筑防護墻阻擋滑坡，由于滑坡的砂石在下滑，過程有一定的慣性，給防護墻造成的沖擊極大，造成防護墻損壞而失去防護目的。

因此，為解決以上問題，需要一種有效的山體滑坡防衛系統，能夠有效對邊坡滑坡情況進行防護，據調查分析，未來滑坡裝置將以具有高可靠性、成本低、安裝工程量小、結構簡單、具有極高的實用性與智能化為主流。

2 系統工作原理

2.1 收集滑坡地的地質水文、滑坡以及氣象資料等，并進行實地野外調研。根據所收集的資料分析滑坡地段的巖層分布特點以及水文氣象，重點觀察邊坡滑坡變形破壞的外在變化和進化過程，在雨季從坡體面流與徑流分布形式宏觀分析入滲特性。從不同的滑坡角度觀察入滲現象，最終確定室內滑坡物理實驗模型中第二平臺的傾斜角度。

2.2 采取實地樣本進行四大實驗，獲取基本實驗參數。利用土樣常規室內試驗可得的基本物理性質指標如下：含水率、孔隙率、密度、孔隙率、重度等。與此同時，進行陶土板實驗分析土體的空隙分布特征，利用吸管法和密度計法分析顆粒組分并利用三軸壓縮試驗得到土體的飽和強度參數和體積模型等力學參數，為后續室內滑坡物理模型和滑坡微檢測智能分析模型的建立提供參數。

2.3 基于實驗數據，建立室內滑坡物理模型進行多因素下滑坡模擬實驗。利用滑坡試驗槽，使第一平臺處于水平可移動狀態，第二平臺的傾斜角度為野外勘測得到的坡角，不斷調節第三、四平臺的角度以使試驗槽上的降水系統模擬降雨情況。然后基于土體室內四大實驗所獲取的基本參數模擬土體的組成與構造從而最大限度地模擬滑坡土體的真實狀況。最后，在滑坡模擬裝置正向設立橫斷面為L形的阻擋墻，在阻擋墻后側裝配與限位槽相契合的推塊。在支撐座處安裝第一速度位移檢測器以測量阻擋墻的速度和位移，在阻擋墻正面按一定間距布設多個壓力傳感器以檢測阻擋墻正面壓力沿豎直方向的分布，在豎向阻尼器外殼上不舍第二位移速度檢測器以檢測推塊的速度和位移。以上建立好基本試驗裝置后，在多因素控制條件下，打開降水系統，不斷改變平臺三、四的角度，以讀取最不利條件下的實驗數據（第一、二位移速度檢測數據、壓力傳感器數據）。

2.4 處理室內試驗數據，建立滑坡微監測智能分析模型。利用模數轉化器將數據轉化為電信號脈沖輸入單片機內處理，從而讀取可供建模使用的數據。結合最大沖擊力的高度變化，編制大數據擬合物理模型的軟件構建滑坡微檢測智能分析模型：

從而得出應調節滑塊的豎向和斜向阻尼器應供的阻尼力大小。

2.5 裝配完整的阻尼裝置，經多次測驗后得出一套完善后的智能滑坡防護系統。由所得的智能分析模型，將控制模塊中的單片機進行編程，與檢測器模塊無線傳輸，再利用勵磁導線與阻尼器相連接，三者構成一個完整的阻尼裝置。為保證阻尼裝置的有效性，此后采取相同試驗條件的多次試驗，觀測不同試驗下之前所模擬的模型結果是否使用。最終測驗調整成功后，得到一套完整的智能滑坡防護系統。

3 創新總結

3.1 理論創新：本系統設置了可滑動的阻擋墻，當坡面滑坡時，阻擋墻可在阻尼裝置的阻尼力作用下向下滑動，極大地減小了下落砂石對其的沖擊力。這種機理保證了阻擋墻的完整不受損壞，同時有效地阻擋了下落砂石，保護路面安全。這種創新在施工上也體現出優勢，由于可滑動阻擋墻較傳統方式阻擋墻面積小，可制成成品后直接放置并安裝阻尼裝置，安裝施工工期短，成本低，結構簡單，易于安裝。

3.2 實驗設備創新：現階段大多滑坡模擬裝置模擬的滑坡面較為單一，為更好的模擬滑坡情況，將滑坡裝置改進為多段式，將滑坡實驗槽分為四段平臺，平臺間均采用軸連接，并采用電機配合機械傳動裝置進行精準控制，確保實驗數據可靠性。

3.3 自動化創新：智能滑坡防衛系統對于滑坡處理的自動化，歸功于檢測器、傳感器與控制模塊的配合，使得阻尼裝置能及時作用，對阻擋墻滑動提供緩沖病保證其安全。在此已有基礎之上，網絡模塊能將相關數據上傳至云端，若發生不可阻止的災害，相關運維部門也能及時反應，排除險情，保障道路正常通行能力。