[发明专利]一种基于光频域反射技术的深部岩土体光纤测斜系统

说明书

一种基于光频域反射技术的深部岩土体光纤测斜系统，以同时实现深部土体位移监测，而且温度补偿方便、系统集成简单。包括光纤倾斜传感单元、测斜管、光频域反射解调模块、有线或无线传输模块和角度‑位移计算模块；多个光纤倾斜传感单元分别固定安装在测斜管内，光纤包括应变光纤和温度信息光纤，应变光纤直接粘贴在等强度梁的表面上，光纤通过光纤传输线与光频域反射解调模块连接；光频域反射解调模块解调光纤倾斜传感单元的应变信息和温度信息，且通过有线或无线传输模块传输至倾角‑挠度计算模块进行测斜管的位移计算，获取深部岩土体位移数值。

技术领域

本发明属于深部岩土体变形监测领域，具体涉及一种基于光频域反射技术(OFDR)的深部岩土体光纤测斜系统。

背景技术

我国的高陡边坡滑坡地质灾害发生频繁，尤其是西部山区，对当地居民和相关铁路、公路交通设施造成了巨大的威胁。为保障居民人身财产安全及交通设施正常运营，在有滑坡风险的区域会设置诸如抗滑桩、挡土墙、锚杆等支挡结构。但是在降水、地质运动等不利因素的影响下，部分稳定的高陡边坡也存在失稳的风险。深部岩土体位移是反映高陡边坡稳定性的重要指标，同时深部岩土体位移对铁路、公路等基建工程的施工及运营安全有重要影响。

目前，国内外对滑坡地质灾害的监测手段主要分为地表和地下监测两大类。

地表监测方法包括大地测量法，全球卫星定位系统法等，该方法不能反映岩土体的深部变形情况。

地下监测方法包括基于应变传感器的内部应力测量法和内部倾斜测量法等。

基于应变传感器的内部应力测量法应用比较多，主要是在测斜管上安装点式应变片、光纤光栅或者基于光时域布里渊反射技术的分布式光纤，分别实现测斜管局部多点应变和分布式应变测量。该方法测量得到是岩土体变形导致测斜管的应力变化，通过测斜管在岩土体的变化情况，建立计算模型可以得到测斜管的应变-挠度关系。由于测斜管与岩土体全接触，深部岩土体变形的位置和范围不同，基于局部的应变测量值计算测斜管挠度，存在误差较大的问题。

光纤布里渊分布式传感技术虽然可以实现分布式测量，但是测量精度相对较低，同样存在挠度计算精度不高的问题。

光频域反射(OFDR)技术是近几年发展起来的高精度短距离分布式光纤传感技术，目前在实验室取得了一些重要的成果。相对于基于分布式光纤布里渊技术来说，沿测斜管外表面布设基于OFDR技术的分布式光纤可以实现更高精度的应变和相应的挠度测量。考虑到内部应力测量法需要基于测斜管的计算模型将测量应变转换成挠度，不能更为直观的反应岩土体的位移量，故内部倾斜测量方法得到了更为广泛的应用。

目前内部倾斜测量方法主要是在测斜管上安装倾角传感器实现测斜管的倾角测量，然后直接换算成挠度或位移。已有采用光纤光栅倾斜传感器和电式倾斜传感器开展测斜测量的应用。电式倾斜传感器价格便宜，测量精度高，但是其耐久性差和系统集成相对较复杂。光纤光栅倾斜传感器基于波分复用功能，可以在一根光纤上串联多个传感器，但是由于岩土体位移变形量大小和位置不确定，可能会导致串联的光纤光栅倾斜传感器存在波长重合的问题；同时由于光纤光栅的量程只有6000～8000με，对光纤光栅倾斜传感器的量程或尺寸有一定的约束。

目前未有见采用基于OFDR技术研发多点光纤倾斜传感器开展深部岩土体测量的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于光频域反射技术的深部岩土体光纤测斜系统，以同时实现深部土体位移监测，而且温度补偿方便、系统集成简单。

本发明解决上述技术方案所采取的技术方案如下：