一種滑坡災(zāi)害簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：文章基于電磁開(kāi)關(guān)回路控制技術(shù)設(shè)計(jì)了一種滑坡災(zāi)害簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，簡(jiǎn)要介紹了該裝置的組成與結(jié)構(gòu)、目標(biāo)與功能、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等。當(dāng)滑坡災(zāi)害未發(fā)生時(shí)，滑坡監(jiān)控回路正常值守；當(dāng)滑坡災(zāi)害發(fā)生時(shí)，滑坡監(jiān)控回路切斷，滑坡報(bào)警回路接通，觸發(fā)報(bào)警器報(bào)警。這種簡(jiǎn)易的監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、造價(jià)低廉、直觀可靠，特別適合在山區(qū)居民房前屋后的山體滑坡災(zāi)害減災(zāi)防災(zāi)工作中使用。

關(guān)鍵詞：滑坡災(zāi)害；監(jiān)測(cè)預(yù)警；電磁開(kāi)關(guān)；設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1 概述

滑坡是指斜坡體上的部分巖土體，在重力的作用下，沿其坡體內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)軟弱面（帶）向下產(chǎn)生整體滑移且以水平位移為主的地質(zhì)現(xiàn)象?；聻?zāi)害的發(fā)生，常給當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)、生活、工程建設(shè)和自然環(huán)境等造成嚴(yán)重的破壞和損失。

在我國(guó)廣大山區(qū)中，地形條件困難，居住環(huán)境惡劣，不少居民房屋依山伴崖而建，由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在自然風(fēng)化、大量降雨等極端氣候，以及人為破壞的情況下，山體滑坡災(zāi)害頻發(fā)，常造成居民房屋倒塌甚至人員傷亡的事故。因此，山區(qū)居民房前屋后的山體滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警工作非常重要。

滑坡監(jiān)測(cè)工作主要包括：監(jiān)測(cè)斜坡體上地表裂縫的發(fā)生、發(fā)展和分布規(guī)律，監(jiān)測(cè)斜坡巖土體松弛、坍塌、沉降、隆起等活動(dòng)現(xiàn)象；監(jiān)測(cè)地面、地下變形和位移大小，監(jiān)測(cè)斜坡體內(nèi)地下水水位、水量、水化學(xué)特征變化；監(jiān)測(cè)各種建筑物變形和破壞；監(jiān)測(cè)大氣降雨及環(huán)境條件變化等。通過(guò)研究分析上述監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)及相關(guān)資料，為滑坡災(zāi)害做出準(zhǔn)確可靠的預(yù)警和預(yù)防提供科學(xué)依據(jù)。

滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)警一般是以斜坡變形和位移監(jiān)測(cè)為主，常用的有地表裂縫簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)法、坡體位移專業(yè)儀器監(jiān)測(cè)法、全球定位系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)法等。其中，簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)法數(shù)據(jù)相對(duì)粗糙，監(jiān)點(diǎn)離散，布控范圍受限；專業(yè)儀器監(jiān)測(cè)法的操控技術(shù)要求較高，監(jiān)測(cè)成本也相對(duì)較高；全球定位等自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)則更為昂貴。

由于山區(qū)居民房前屋后的山體滑坡災(zāi)害范圍分布較廣，隱蔽性較強(qiáng)，且災(zāi)害點(diǎn)數(shù)量較大，如采用專業(yè)的滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，因其成本投入較高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜和需要專業(yè)人員管理維護(hù)等因素，要全部實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)控覆蓋幾乎沒(méi)有可能，在廣大的山區(qū)民居周邊勢(shì)必存在較為嚴(yán)重的山體滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。因此，有必要開(kāi)展適用于山區(qū)民居山體滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)的研究與應(yīng)用。

作者基于電磁開(kāi)關(guān)的工作原理提出了一種簡(jiǎn)易的滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警方法，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、直觀可靠、便于推廣，并且具有較好的社會(huì)效益和實(shí)用價(jià)值。

2 電磁開(kāi)關(guān)的原理和功能

電磁開(kāi)關(guān)在各行業(yè)有廣泛的應(yīng)用，最常見(jiàn)的是工業(yè)領(lǐng)域的接觸器。

電磁開(kāi)關(guān)，顧名思義就是用電磁鐵控制的開(kāi)關(guān)，也就是電磁鐵與開(kāi)關(guān)的結(jié)合體。當(dāng)電磁鐵線圈通電后產(chǎn)生電磁吸力，活動(dòng)鐵芯推或拉動(dòng)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)閉合，從而接通所控制電路。電磁開(kāi)關(guān)的工作原理如圖1所示。

電磁開(kāi)關(guān)的動(dòng)作雖然是斷開(kāi)或閉合，但它的作用卻不是普通開(kāi)關(guān)所能替代的。用電磁開(kāi)關(guān)和其它控制元件配合使用可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管制、自動(dòng)控制、簡(jiǎn)單的邏輯控制，并且可以實(shí)現(xiàn)利用低電壓和低電流控制高電壓和高電流，從而在運(yùn)行安全和設(shè)備耗能方有都可以最大限度地滿足滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警的需求。

3 滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警解決方案

文章要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)當(dāng)前存在的不足或盲區(qū)，而提出適用于山區(qū)民居山體滑坡災(zāi)害的一種簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，即在邊坡或滑坡體中布設(shè)滑坡監(jiān)控導(dǎo)線，且用電磁開(kāi)關(guān)控制滑坡監(jiān)控回路和報(bào)警回路，一旦發(fā)生滑坡，則將破壞剪斷滑坡監(jiān)控導(dǎo)線，滑坡監(jiān)控回路斷開(kāi)，接通報(bào)警回路，觸發(fā)報(bào)警器進(jìn)行滑坡預(yù)警。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，作者設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)易滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警方案，如圖2所示，包括：電源、電源開(kāi)關(guān)、報(bào)警器、兩受控觸點(diǎn)、電磁開(kāi)關(guān)以及滑坡監(jiān)控導(dǎo)線。所述兩受控觸點(diǎn)受所述電磁開(kāi)關(guān)的通或斷而斷開(kāi)或吸合，所述滑坡監(jiān)控導(dǎo)線預(yù)埋在邊坡或滑坡體中，所述滑坡監(jiān)控導(dǎo)線與所述電源、所述電源開(kāi)關(guān)和所述電磁開(kāi)關(guān)構(gòu)成滑坡監(jiān)控回路，所述電源、所述電源開(kāi)關(guān)、所述報(bào)警器和所述兩受控觸點(diǎn)構(gòu)成報(bào)警回路。

當(dāng)邊坡體未發(fā)生滑坡時(shí)，所述滑坡監(jiān)控回路正常工作，所述電磁開(kāi)關(guān)吸合，使得所述兩受控觸點(diǎn)斷開(kāi)，將所述報(bào)警回路切斷；當(dāng)邊坡體發(fā)生滑坡時(shí)，所述滑坡監(jiān)控導(dǎo)線受滑坡體牽拉或推壓而斷開(kāi)，所述滑坡監(jiān)控回路切斷，使所述電磁開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，進(jìn)而觸發(fā)所述兩受控觸點(diǎn)吸合，接通所述報(bào)警回路，觸發(fā)報(bào)警器報(bào)警。

4 山體滑坡災(zāi)害簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置

作者試驗(yàn)組裝了一種滑坡災(zāi)害簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，用以驗(yàn)證山體滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)報(bào)警解決方案的可行性和有效性。該試驗(yàn)裝置包括：電源、電磁開(kāi)關(guān)、發(fā)光二極管、單刀開(kāi)關(guān)（模擬滑坡滑動(dòng)拉斷監(jiān)控導(dǎo)線）以及外接報(bào)警喇叭等，如圖3所示。

滑坡監(jiān)控導(dǎo)線預(yù)埋在坡體中，滑坡監(jiān)控導(dǎo)線與干電池、電磁開(kāi)關(guān)、正常監(jiān)控觸點(diǎn)和發(fā)光二極管（綠燈）構(gòu)成滑坡監(jiān)控回路；蓄電池、報(bào)警器、滑坡報(bào)警觸點(diǎn)和發(fā)光二極管（紅燈）構(gòu)成報(bào)警回路；單刀開(kāi)關(guān)模擬滑坡斷線。

當(dāng)邊坡體未發(fā)生滑坡時(shí)，滑坡監(jiān)控回路正常工作，電磁開(kāi)關(guān)吸合，使得受控觸點(diǎn)斷開(kāi)，即將報(bào)警回路切斷，此時(shí)綠燈亮起，表示邊坡安全；當(dāng)邊坡體發(fā)生滑坡時(shí)，滑坡監(jiān)控導(dǎo)線受滑坡體牽拉而斷開(kāi)，滑坡監(jiān)控回路切斷，使電磁開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，進(jìn)而觸發(fā)受控觸點(diǎn)吸合，接通報(bào)警回路，此時(shí)紅燈亮起，并觸發(fā)外接報(bào)警器報(bào)警，警示可能要產(chǎn)生山體滑坡災(zāi)害，應(yīng)緊急避險(xiǎn)或啟動(dòng)防災(zāi)減災(zāi)應(yīng)急預(yù)案。

文章設(shè)計(jì)的山體滑坡災(zāi)害簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、報(bào)警可靠、使用方便，可有效防止或減輕人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，適合在山區(qū)居民房前屋后的山體滑坡減災(zāi)防災(zāi)工作中使用。

5 結(jié)束語(yǔ)

與現(xiàn)有技術(shù)相比，文章設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于：滑坡監(jiān)控導(dǎo)線與電源、電磁開(kāi)關(guān)構(gòu)成滑坡監(jiān)控回路，滑坡監(jiān)控導(dǎo)線埋置于邊坡或滑坡體內(nèi)（淺表層），一旦發(fā)生滑坡災(zāi)害，其監(jiān)控導(dǎo)線必然被牽拉或推壓斷裂，即正常滑坡監(jiān)控回路被破壞斷開(kāi)，且不可逆，確保絕無(wú)漏報(bào)；電源、電源開(kāi)關(guān)、報(bào)警器和受控觸點(diǎn)構(gòu)成報(bào)警回路，當(dāng)邊坡體破壞產(chǎn)生滑坡時(shí)，滑坡監(jiān)控回路被切斷，使電磁開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，進(jìn)而觸發(fā)兩受控觸點(diǎn)吸合，接通報(bào)警回路，觸發(fā)報(bào)警器，確保即時(shí)和可靠報(bào)警。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，成本低廉，易于維護(hù)，特別適合在山區(qū)居民房前屋后的山體滑坡減災(zāi)防災(zāi)工作中使用。

通過(guò)試驗(yàn)研究與初步應(yīng)用表明，該裝置可以解決當(dāng)前山區(qū)滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)覆蓋面嚴(yán)重不足的問(wèn)題，避免山體滑坡災(zāi)害隱患監(jiān)控存在盲區(qū)。

該滑坡災(zāi)害簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置經(jīng)過(guò)產(chǎn)品化生產(chǎn)和環(huán)保與節(jié)能等功能完善后，將具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。

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作者簡(jiǎn)介：廖巖，男，16歲，福州第一中學(xué)高二年級(jí)第12班學(xué)生。