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《分布式光纤在边坡工程中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、一、引言近年来，我国气候正从干旱转向多雨，地壳表层活动的不断增强，特别是山区经济开发活动的进一步升级，以及不合理的工程活动、滥伐森林、破坏草场、孤独垦荒等人为因素和我国多山的自然环境因素，近十几年来，滑坡在我国山区的频繁发生，平均每年造成的直接经济损失达10多亿元，死亡近千人。因此，滑坡的监测及预防是必不可少的任务。二、国内外研究现状布里渊散射光时域反射技术(BOTDR)是目前国际上近几年才发展成熟起来的一项光纤传感技术。BOTDR技术起初应用于航天领域,在发达国家相继应用于电力、通讯、工程等领域的应变监测和监控。工程领域主要应用于桥梁、大坝、隧道等
2、大型基础工程的安全监测和健康诊断,并取得了很多成功应用的经验;在日本,开始将BOTDR技术应用于边坡工程的变形监测中;从90年代开始,我国就开始光纤传感技术的应用研究,目前国内BOTDR技术主要应用于桥梁、隧道等构筑工程的变形监测领域。BOTDR具有分布式、长距离、灵敏度高、抗电磁干扰等特点,通过合理的布设,可以方便地对滑坡体的各个部位进行监测。由于其具有很好的技术应用前景,已经成为一些发达国家如日本、美国、加拿大、瑞士等国家竞相研发的课题。三、常用山体滑坡监测方法及其特点1.1大地精密测量法滑坡监测一般采用大地精密测量法。该方法利用精密水准仪通过几
3、何水准测量获得垂直位移量,并利用精密全站仪通过交会法、导线法等得到水平位移量,由此得知滑坡体的三维位移量、位移趋势以及地表形变范围。因为该方法具备操作简便、易于实现和成果准确可靠等优点,所以长期以来备受滑坡工程监测人员的青睐。但是它也存在着一定的局限,例如易受地形通视条件限制及天气状况影响,监测周期长,连续观测的能力差等。1.2近景摄影测量法该方法的测量方式比较多。如利用普通相机或数码相机照相,输入计算机先进行像点测量,再通过程序计算获取三维坐标,根据坐标判断形变[7];或者用专用量测相机对滑坡监测范围进行拍摄,并构成立体像对,结合坐标量测仪测出观测
4、点的像坐标,然后结合坐标法测定地面变形[8]。近景摄影测量用于滑坡监测的优势在于,观测人员无需到达观测现场,且观测站点也不要求绝对稳定,只要取景理想即可。但是,该方法仍然会受到天气状况的影响,并且位移监测的绝对精度较低。1.3GPS法最近十几年来,GPS作为现代大地测量的一种技术手段,已经广泛应用于滑坡、地面沉降、地震、地裂缝等地质灾害监测中。与大地精密测量法相比,采用GPS技术进行滑坡监测操作更加简单,而且观测点之间不要求通视,也不受天气影响,能实现全天候作业。通过精确解算,GPS监测水平位移和垂直位移的精度可达到毫米级。在基线较短的情况下,GPS
5、技术对垂直位移的形变监测甚至可以达到几何水准测量的精度。它可以实现三维大地测量,进行连续监测及实现测量过程的自动化,作业简单方便,具有全天候、高精度、低投资等优点。存在的问题是在高山地区,卫星信号容易被遮挡,多路径效应较为严重,对测量有一定影响,另外接收机的价格较贵,妨碍其推广应用。1.4TDR检测法时间域反射测试技术(TimeDomainReflectomery)是一种电子测量技术,许多年来,一直被用于各种物体形态特征的测量和空间定位。TDR用于滑坡监测时,向埋入监测孔内的电缆发射脉冲信号,当遇到电缆在孔中产生变形时,就会产生反射波信号。经过对反射
6、信号的分析,就能确定电缆发生形变的程度和位置。该方法具有价格低廉、监测时间短、可遥测、安全性高以及数据提供快捷的特点。但是这种检测方法的不足之处在于,它不能确定滑坡移动的方向。另外,TDR技术监测滑坡的有效性是以其测试电缆的变形为前提,若电缆未产生破坏,就很难监测滑坡的位移。传统的监测方法存在对点监测周期长、无法实现自动测量和数据处理等缺点。四、分布式光纤监测法光波在光纤中传播并与光纤中的声学声子相互作用发生布里渊散射。当光纤沿线存在轴向应变或者温度发生变化时，光纤中的背向布里渊散射光的频率相对于注入的脉冲光频率将发生漂移，布里渊散射光频率的漂移量与
7、光纤所受的轴向应变和温度的变化呈良好的线性关系。BOTDR就是利用光纤中的自发布里渊散射光的频移变化量与光纤所受的轴向应变或温度之间的线性关系，得到光纤的轴向应变或温度分布。光纤的轴向应变、温度与布里渊散射光频移的关系可分别表示为ε=CS(νB－νB0)+ε0(1)T=CT(νB－νB0)+T0(2)式中：ε为光纤的应变；T为温度；CS为布里渊频移–应变系数；CT为布里渊频移–温度系数；νB为光纤的布里渊频移；νB0，ε0和T0分别为光纤初始状态的布里渊频移量、应变和温度。为了使光纤准确反应被测物的应变状态,必须使光纤与被测物同步变形。为了确保这一点
8、,常用的方法是用专用或特制的粘结剂将光纤粘贴在被测物上,这种方法在三峡巫山残联滑坡监测中已获得较好的应用。在
