[發明專利]一種基于攝動-光纖光柵耦合方法的巖土體穩定性監測技術

無效

• 申請號: 200910039246.9
• 申請日: 2009-05-06
• 公開（公告）號: CN101900532A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發明（設計）人: 周翠英;劉鎮;黃云驄;張磊
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01L5/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及重大工程健康監測領域及信號檢測技術，尤其是實時無線遠程監測工程巖土體的穩定性和一種針對光纖光柵錨索應變狀態進行監測的方法及裝置。?

技術背景

重大工程建設與運營中常常伴隨著滑坡、崩塌、潰堤、基坑失穩等重大工程災害的發生，這類災害作為多發性災害，具有突發性強、危害性大、治理難度高的特點，如不能對其變形破壞演化過程和行為做出準確的預警預報并采取針對性的應急處置措施，將導致對工程安全的重大威脅，并造成不可估量的生命財產損失和巨大的社會影響。本專利涉及的重大工程安全監測中巖土體穩定性監測研究一直是備受國內外工程地質領域關注的前沿課題。從20世紀60年代開始，先后經歷了現象預報和經驗方程預報、統計分析預報、非線性預報以及綜合預報、實時追蹤動態預報等幾個階段。?

據不完全統計，目前國內外學者已提出了數十種巖土體失穩的預報模型、方法及一系列預報判據。但是大量的實踐表明，現有的巖土體失穩預報模型和判據對巖土體內部的變形演化行為、具體的發生時間和最危險破壞面的位置做出非常準確的預報有較大難度。這主要是由于巖土體具有較強的個性特征，其變形演化行為與其所處的環境條件及土體地質結構密切相關，而現行的預報模型較少能考慮到這些個?性特征，主要是依靠數學推演來得到的預報模型，其適宜性和預報的準確性具有一定的局限性。?

因此，本發明在原有的一種遠程實時監測滑坡的系統與方法，和一種光纖光柵錨索長期工作狀態的監測方法的基礎上，設計了一種結合了攝動與光纖光柵耦合方法的監測技術，可以實現對巖土體滑動力的實時監測，及時準確地得知其內部不同深度的狀態信息，從而發現失穩危險，并預測出最危險破壞面的位置。?

本技術適用于水利水電、道路交通和市政工程等領域中的邊坡、隧道、基坑、堤壩等工程巖土體監測。?

發明內容

本發明的目的在于針對現有的工程巖土體失穩預警需求，提供一種實現對工程巖土體穩定性的實時在線監測預警，同時準確預測破壞面位置的技術。?

為達到本發明的目的，采用的技術方案如下：?

一種基于攝動-光纖光柵耦合方法的工程巖土體穩定性監測技術，包含：傳感裝置、采集發射裝置、遠程接收分析裝置。?

下面詳細介紹各部分的具體組成與功能：?

1.傳感裝置包括攝動監測與FBG監測兩個子系統，由監控錨索、荷載式傳感器、光纖布拉格光柵傳感器、光纜組成。其中準分布式的光纖光柵傳感器焊接(或粘貼)在錨索上，用光纜串接好，并做好整條光纜線路的保護封裝措施；光纜在地面上的末端接上尾纖(APC/FC接口)。監控錨索的一端穿越破壞面、錨固在破壞面以下的巖土體上，?另一端位于地面外，根據現場情況和傳感裝置要求施加相應的預緊力；在錨索地面外端頭部位安裝荷載式傳感裝置，由該傳感裝置對錨索預應力信號予以傳感。此傳感裝置既能及時捕捉到發生失穩前巖土體中的應力變化，又能監測到巖土體內不同深度的位移分布，從而推算出其最危險破壞面的位置。工作原理根據子系統的不同分成兩部分闡述。?

(1)攝動監測系統以力的平衡原理為基礎，建立失穩巖土體的滑動力與監控錨索預應力及破壞面摩阻力的關系之間，并通過遠程監控系統監測錨索預應力的變化，在巖土體有明顯變形、即將失穩時，及時監測和捕捉巖土體中的應力變化。應力與巖土體強度相互作用產生變形和位移時，后者應力的變化可以超前于變形判斷其穩態。這樣，就可以比直接監測位移更及時、更準確的監測滑動塊的整體信息，因而可以更準確及時的監測工程巖土體穩定性，預防巖土體失穩的危害。其力學模型如圖3所示。?

圖3.b所示力學三角形力的關系如下?

滑動摩阻力??F_φ＝(P_n+G_n)□tgφ+c□l????(3-1)?

極限平衡狀態有?

∑X＝0?

P_t+F_φ-G_t＝0?

G_t＝P_t+F_φ

由此可得滑動力-攝動力公式?

G_t＝P□[cos(α+θ)+sin(α+θ)□tgφ]+G□cosα□tgφ+c□l????(3-2)?

設計準則P＝(0.25□0.5)□P_max

預警準則P＝(1.4□2.0)□P_max

式中：P——設計荷載，kN?