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分布式光纤监测系统是目前国内外监测领域的一项新兴技术,因其具备的分布式、高精度、良好的耐久性和重复性受到了各行各业的广泛应用,目前应用较为成熟的领域有土木工程结构变形监测、航空航天材料变形,化工行业管道变形破坏诊断等。斜坡变形监测传统监测方式为点式监测,难以获得斜坡整体的变形情况。将该技术运用于斜坡变形监测是未来斜坡变形监测的新方向。
为了弥补相关技术在边坡变形监测中的空白,将分布式光纤系统运用于黄土坡滑坡前缘格构的变形监测,监测实施中使用的仪器型号为NBX-6050,该仪器是基于PPP-BOTDA原理,由日本光纳株式会社生产,为目前光纤监测系统中精度及距离分解度最高的设备。通过查阅相关资料对该仪器原理及特征有了较全面的了解。
本文通过将相关技术运用于边坡变形监测中,旨在通过试验性的应用研究,检验光纤监测系统的性能,发现监测应用中存在的问题,积累在地质灾害监测应用中形成的方法和经验,以备更好地发挥仪器的效益,同时通过对相关监测数据的处理分析,了解黄土坡滑坡及野三河边坡的变形情况。
黄土坡滑坡前缘格构监测为该技术的首次实际应用,相关工作经验不足,光纤采用点粘的方式布设于格构表面,光纤的保护措施也不是很到位,监测过程中光纤回路发生不同程度损坏。且由于仪器精密,对其性能及工作环境等均不熟悉,在黄土坡监测中仪器发生故障,延误了数据的采集。野三河边坡变形监测是在黄土坡滑坡监测的基础上,针对存在的问题进行了相应的改进,将智能筋铠装光纤埋设于地梁内,补充了温度补偿回路光纤,此外布设裂缝计对变形情况进行监测,验证光纤监测结果。
黄土坡滑坡前缘格构在监测实施过程中各光纤回路发生不同程度损坏,各回路获得数据不等,其中E#回路获得数据最多,共七期数据,实现了三峡库区水位完整波动周期内的光纤监测。野三河边坡变形监测由于实施较晚,第一期采集期间光纤光损大,后续监测中对光纤回路进行重新设置,已获得四期监测数据,其中有效数据三期。
文中通过对监测的数据进行较全面的分析,其中黄土坡滑坡光纤监测结果从监测曲线形态分析和数据分处理两个角度迸了分析,野三河边坡变形监测结果分析集中在数据的处理分析,将结果与裂缝计获得的监测结果进行对比。
本文通过对仪器使用中遇到的问题进行总结,两处边坡变形结果的分析,获得了以下几方面的认识:
1、通过分析NBX-6050系统的基本原理,解释了基于PPP-BOTDA原理的系统相较于传统的BOTDA、BOTDR技术具有更高的精度和距离分解度的原因。
2、通过将该技术运用于黄土坡滑坡变形和野三河边坡变形的监测中,弥补了该技术在斜坡监测领域的空白,为以后相关技术的运用提供借鉴和参考。
3、通过本次监测的实施,发现了仪器运用于斜坡变形监测中存在的问题,特别是光纤的光损问题、保护问题、仪器保护问题进行了分析,提供了解决办法。关于光纤的光损问题,不同铠装方式以及铺设方式对光纤光损影响不一样,在进行实际监测之前,最好先在实验室内进行可行性判定。关于仪器保护和光纤保护,需要结合现场实际情况作出处置措施,某些问题解决方案在野三河边坡变形加测中得到了良好的实践,证明解决方案可行。
4、光纤的布设方式的好坏直接决定监测结果的有效性,黄土坡黄婆前缘格构中光纤粘附与格构表面监测效果较差,通过分析,在野三河边坡变形监测中,通过将智能筋光纤埋设于地梁内,通过监测智能筋变形来表现边坡变形结果较好,证明该解决方案可行,此外通过分析,笔者认为将光纤粘附于抗滑桩、锚杆中亦能获得较好的监测效果。
5、通过两年的实际监测,获得了前缘格构在库水位完整调节周期下的变形数据,对数据进行了曲线形态和数据处理两方面的分析,结果显示前缘格构在库水位升降作用下呈现整体变形,在库水位波动情况下,前缘格构发生变形。
6、通过对监测数据曲线的形态分析,验证了仪器数据采集的耐久性、重复性及其测量精度高等特征。
7、野三河监测数据反映的裂隙变形与于裂缝计测得的变形量保持一致,证明光纤布置方案可行,仪器精度高,通过变形量的大小评价了边坡变形趋势,目前边坡处于稳定状态,与实际情况相符。
通过分析本次监测过程及结果,对分布式光纤系统有了更深刻的了解,包括技术运用于边坡变形监测中存在的问题、解决方案等在本文中均做了详细的论述,通过对监测数据的分析,对黄土坡滑坡、野三河边坡的变形特征均有了一定的认识,检测结果与实际相符。