[发明专利]一种地表沉降的大范围分布式监测系统及方法

权利要求书

1.一种地表沉降的大范围分布式监测系统，其特征是，在待测的地表土层设定若干个测点，若干个测点位于同一条直线上间隔部署，第一个测点作为参考点，并将此测点记为参考点P₀，第二个测点记为测点P₁，其他测点按照部署位置排序依次记为测点P₂，……P_i，……P_n，n为测点的总数，

在参考点和每个测点处均竖向安装有锚固杆，参考点处的锚固杆下端嵌入稳定土层，其他测点处的锚固杆下端嵌入地表土层，相邻锚固杆上横向连接有连接杆，连接杆的两端与两侧相邻锚固杆的连接处通过铰固定，使连接杆和锚固杆之间可绕铰接点旋转，且连接杆的两端与两个铰的铰接点位于同一条水平线上，

在每个测点处沿竖向排布有两个锚固区且相邻测点处的两个锚固区位于对立面，上下两个锚固区位于同一条竖直线上，位于上方的锚固区粘贴在连接杆上且位于铰的右侧，位于下方的锚固区粘贴在锚固杆上，

光纤的一端沿参考点P₀与测点P₁之间的连接杆横向走线敷设、然后在测点P₁沿上下方锚固区竖向走线敷设、再次沿测点P₂与测点P₃之间的连接杆横向走线敷设、然后在测点P₃处沿上下方锚固区竖向走线敷设，以此类推依次敷设直至到测点P_n处，然后在测点P_n处绕到反面继续按照类似的线路敷设，在测点Pn处绕到反面在测点P_n与测点P_n-1之间横向走线敷设，在测点P_n-1处沿下上方锚固区竖向走线敷设，再次沿测点P_n-1与测点P_n-2之间的连接杆横向走线敷设，在测点P_n-3处沿下上方锚固区竖向走线敷设，再次沿测点P_n-3与测点P_n-4之间的连接杆横向走线敷设，以此类推依次敷设直至到参考点P₀。

2.根据权利要求1所述的一种地表沉降的大范围分布式监测系统，其特征是，相邻测点的间隔距离范围为3m-10m。

3.根据权利要求1所述的一种地表沉降的大范围分布式监测系统，其特征是，锚固杆采用不锈钢材料制备。

4.根据权利要求1所述的一种地表沉降的大范围分布式监测系统，其特征是，连接杆采用纤维复合材料制备。

5.根据权利要求1所述的一种地表沉降的大范围分布式监测系统，其特征是，光纤采用紧套光纤。

6.根据权利要求1至5任一项所述监测系统实现地表沉降监测的方法，包括以下过程：

监测各测点处两个锚固区内光纤的应变；

根据光纤的应变变化，计算获得光纤长度的变化差值；

根据光纤长度的变化差值，计算获得各测点的沉降。

7.根据权利要求6所述的方法，根据光纤的应变变化计算获得光纤长度的变化差值包括：

对于测点P_i处，光纤长度的变化差值Δ_i表示为：

Δ_i＝ε_iH_i (1)

其中，ε_i为测点P_i处光纤长度H_i范围内的平均应变，正值表示测点P_i相对于测点P_i-1位移向上，负值表示测点P_i相对于测点P_i-1位移向下；H_i为测点P_i处两个锚固区之间的光纤长度。

8.根据权利要求7所述的方法，根据光纤长度的变化差值计算获得测点的沉降包括：

根据几何关系，测点P_i相对于测点P_i-1的相对位移d_i可近似表示为：

式中，L_i为测点P_i和测点P_i-1之间的水平距离；t_i表示测点P_i处位于上方的锚固区与相邻铰之间的水平距离；

以参考点为0位移点，测点P_i的绝对位移D_i表示为：

此绝对位移D_i即为测点P_i的沉降。