[发明专利]一种基于全光纤传感网络的边坡稳定性监测和滑坡预警预报方法

说明书

本发明公开了一种基于全光纤传感网络的边坡稳定性监测和滑坡预警预报方法，在岩土质边坡坡顶和坡面位置沿着与潜在滑动面或节理面、基岩面相垂直的方向钻若干个钻孔，在每个钻孔中埋设一根全光纤综合测管。各段光纤相互熔接并组成一个全光纤传感网络，连接到光纤解调仪上，测量各光纤的应变、温度分布。在早期监测结果的基础上选取边坡垂向应变特征值，再获得边坡的安全系数，从而掌握垂向应变特征值与安全系数的经验关系。根据垂向应变特征值的实测结果推算边坡的安全系数，实现边坡失稳的预警预报。基于光纤监测数据能够准确识别边坡潜在滑动面的孕育、发生、发展过程，以及多级潜在滑动面的位置。

技术领域

本发明涉及边坡稳定性监测领域，尤其是涉及一种基于全光纤传感网络的边坡稳定性监测和滑坡预警预报方法。

背景技术

对于地质灾害易发区，滑坡问题一直是阻碍经济发展和社会稳定的拦路石，所以如何进行边坡体的变形监测、失稳预测和预警预报成为当前研究的热点，现行边坡的位移监测方法及其特点如下：

1.坡面监测：通常使用经纬仪、全站仪、GPS、InSAR等技术进行定点坡面监测，但滑坡体可能存在坡面位移与坡体内部位移不一致的情况。监测数据不仅受到天气状况的影响，而且也不能真实地反映边坡内部的应力应变状态。

2.坡体内部监测：传统的边坡内部监测方法多采用钻孔测斜仪、多点位移计等，根据滑坡体位移测值来评价边坡的整体稳定状态。而大量研究数据表明，滑坡体在滑移前，其坡体内部的位移值可能很小，而传统的岩土监测设备受到随机和系统误差等因素的影响，往往不能识别出很小的位移阈值，难以满足滑坡预警的精度要求。另一方面，从监测技术角度来考虑，当前边坡监测技术大多使用电学类、振弦类等传感器，与光纤传感等新技术相比，其精度、稳定性以及实时性、集成性均处于劣势。

光纤传感技术具有灵敏度高、防腐蚀、抗电磁干扰、多参量监测等优点，能较为全面地监测边坡体在内外动力地质作用下深部应变场、渗流场、位移场的变化过程。近年来，该技术逐渐开始被应用于边坡稳定性监测，但成功的案例不多。国内外目前的应用多采用以光纤布拉格光栅为传感元件的固定式测斜仪、沉降仪，或者将应变感测光纤沿竖向和水平向埋设于边坡体中，监测精度、灵敏度受到安装工艺和周围环境变化的影响，不能充分发挥光纤传感技术在探测滑动面、评估边坡稳定性方面的长处。

本发明基于全光纤传感网络，提出了边坡稳定性监测和滑坡预警预报方法，为边坡稳定性科学评估、滑动面探测和滑前预报提供了一种新的技术方法。

发明内容

本发明正是考虑到传统边坡监测方法在数据精度、稳定性、实时性等方面的不足，改进了基于光纤传感的边坡监测方法，采用一种全光纤传感网络的方式来监测边坡的垂向应变、土壤含水率，从而获取边坡体内的变形和应力应变状态，以此来实现边坡稳定性的评估和滑动面的探测。

为实现上述目的，本发明的采取的技术方案是：一种基于全光纤传感网络的边坡稳定性监测和滑坡预警预报施工方法，对岩土质边坡采用全取芯方式进行钻孔施工，在每个钻孔中埋设一根全光纤综合测管，通过数据传输光缆连接全光纤综合测管和光纤解调仪、无线传输设备及计算机，共同组成一个边坡稳定性监测和滑坡预警预报装置；所述的全光纤综合测管包括一段用于土壤含水率探测的温度感测光纤、两段用于滑动面剪切变形监测的应变感测光纤和一段温度补偿光纤，按照温度感测光纤、一段应变感测光纤、温度补偿光纤再一段应变感测光纤的顺序串联，所述的温度感测光纤在全光纤综合测管的外部，两段应变感测光纤分别固定在全光纤综合测管的内壁两侧，中间为温度补偿光纤，四段光纤大体呈“W”型布置。

全光纤综合测管埋设于所述边坡坡顶和坡面不同位置处的钻孔内，钻孔直径范围是100-200mm，沿着与土质边坡潜在滑动面或者顺层岩质边坡和岩土混合边坡节理面、基岩面相垂直的方向。

所述的温度感测光纤为碳纤维护套光缆用于土壤含水率监测，所述的应变感测光纤为紧包光缆，所述的温度补偿光纤为松套光缆。