[发明专利]一种石窟寺顶板和侧壁岩体稳定性综合监测系统

说明书

本发明提供一种石窟寺顶板和侧壁岩体稳定性综合监测系统，该综合监测系统包括剥蚀量监测装置，测量石窟寺顶板和侧壁的变形量，顶板应力监测装置，监测石窟寺顶板，地表水准监测装置，监测顶板岩层的多维度变形，地表GNSS监测装置，判断顶板岩层的坐标变化，环境损伤监测装置，监测石窟寺的内部环境，监控中心对数据信息进行综合分析，多装置、多途径、全方位对石窟寺进行监测，有效地分析石窟寺表层岩体剥蚀机理，各个监测装置的数据通过物联网技术传输至监控中心，解决了工作人员需要现场查看仪器并进行数据采集的弊端，减少了工作量，提高了工作效率，节约了成本，各个监测装置所监测到的数据信息可在网络上随时调用，节约时间成本。

技术领域

本发明涉及石窟寺类洞室稳定性监测预警技术领域，具体涉及一种石窟寺顶板和侧壁岩体稳定性综合监测系统。

背景技术

石窟寺洞室分为两种，一种是依据天然洞室进行人工雕饰而成，另一种是完全经人工开挖、雕饰而成的洞室结构。近年对大量石窟寺进行旅游开发，随着游客的增加，洞室的岩石顶板，雕像等均与大气直接接触，经过复杂的物理和化学作用，表层岩体强度降低，再加上地质作用及其他自然营力的影响，石窟寺顶板及洞室内壁出现剥蚀现象，因此，需要对其剥蚀变形的机理与规律进行研究，为制定有效的石窟寺类文物洞室保护方案以提供理论支持。

目前，文物监测方法因其受文物本身特殊性质的影响，任何针对石窟文物过大干预的监测方法都不允许实施(例如刻槽、钻孔、挖掘等安装方法)。因此，非接触式的监测方法和仪器就显得十分重要。近些年，随着科学技术的发展，监测手段在数据采集、数据传输、大数据分析等方面有了突飞猛进的发展，但是因为“少干预、不干预”的文物保护原则，该领域的综合监测方法尚属欠缺，仅仅针对温度、湿度、颗粒密度、地下水、变形等参数进行单一因素监测或即使实现了综合监测，但是监测数据并未形成一个耦合分析的综合系统。

目前文物保护及相关工程应用的监测手段存在以下问题：(1)多数高精度的监测方式属于接触式监测，在安装架设装备的过程中会对文物产生不可修复的破坏；(2)非接触式的监测仪器精度较低，精度多在毫米级甚至厘米级，这对于文物保护需求的精度相差甚远；(3)多数文物保护监测工程的监测手段单一，仅对应力或变形量进行监测，得出的数据较为片面，无法有效分析洞室表层岩体剥蚀机理；(4)监测数据的传输，多采用分派人员到现场进行仪器数据采集，这大大增加了工程的工作量和成本，降低了工作效率，无法实时查看监测数据；利用现有的监测手段无法完全满足石窟寺类文物洞室顶板及侧壁的监测要求，且工作效率较低，单一的数据类型会对洞室稳定性分析、文物保护方案制定造成阻碍。

因此，为了实现石窟寺类文物洞室顶板及侧壁进行多源、高效且精确的监测，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明主要针对石窟寺洞室因顶板和侧壁剥蚀掉块，造成厚度变薄、侧壁岩体支撑力不足、顶板岩体稳定性日益变差等原因造成石窟寺整体稳定性下降或者出现岩体劣化失稳破坏征兆而开展稳定性多源监测预警，利用多源监测数据，分析石窟寺岩体剥蚀变形机理，对洞室顶板和侧壁的稳定性作出评估，对因环境变化而出现的岩体劣化破裂“缓变型”灾害和岩体承载力不足而出现的岩体失稳断裂“突变型”灾变的实时监测。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种石窟寺顶板和侧壁岩体稳定性综合监测系统，所述综合监测系统包括：

剥蚀量监测装置，所述剥蚀量监测装置位于石窟寺的底部，用于测量所述石窟寺顶板和侧壁的变形量；

顶板应力监测装置，所述顶板应力监测装置的一端位于所述石窟寺的底部，另一端与所述石窟寺的顶部接触连接，用于监测所述石窟寺顶板的应力变化；

地表水准监测装置，所述地表水准监测装置分别位于所述石窟寺顶板岩层的上岩层面和下岩层面，用于监测顶板岩层的多维度变形；