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4.地质灾害监测技术方法


地 质 灾 害 监 测 技 术 方 法

晏鄂川教授 博导 教育部新世纪优秀人才支持计划获得者 中国地质大学(武汉) yecyec6970@163.com 13871145959

提 纲
1 2 3 4 5 6 前言 滑坡常规监测技术 泥石流监测技术方法 地面沉降监测技术方法 地质灾害监测新技术新方法 监测数据的采集与传输

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前 言
? 地质灾害的定义 地质灾害是指各种地质作用对人民生命财产和国家 建设事业造成的危害。简言之,就是地质作用造成 的灾害。 ? 地质灾害的分类 按发生过程的急缓程度,地质灾害分为突发性和渐 变性灾害两类。 中国大陆常见的地质灾害:崩塌、滑坡、泥石流、 地裂缝、地面沉降、地面塌陷、沙漠化、水土流失、 土地盐渍化、沼泽化、地震、火山喷发、瓦斯爆炸、 矿坑突水、岩(煤)爆、顶板冒落、地下热害、煤 田燃烧、诱发地(矿)震、边岸再造、泥沙淤积、 库区浸没、洪涝、海岸侵蚀、黄土湿陷、膨胀土胀 缩、冻土冻融等等。

前 言
? 地质灾害的危害
造成人员伤亡,毁坏基础设施,恶化环境; 引发次生灾害,造成更大的经济损失,增加民众心理负担。

? 地质灾害防治途径
关于地质灾害防治,刘广润院士有一段精辟的论述:“地质灾害 (特别是突发性地质灾害)的发生常由致灾地质作用的发生和其与 受灾对象(人、物、设施)的遭遇两个环节形成。 一是防止致灾地质作用的发生,包括作用发生前的预防和发生中 的制止; 二是避免受灾对象与之遭遇,即移动受灾对象位置、改变致灾作 用方向和隔绝两者遭遇通道。

前 言
? 地质灾害防治措施
行政措施和工程措施。 行政措施主要是采取行政法令和技术法规等手段,规范人民群众 的生活、生产活动,避免诱发致灾地质作用的发生,监测预报致 灾作用的变化动态,使拟建工程设施或流动性人、物避开地质灾 害危险区(主动避让)或将处于灾害危险区中的已有居民设施迁 出危险区(被动撤离)等。 工程措施则是采取建(构)筑物或岩土体改造工程、疏排水工程 及生物植被工程等,以加固、稳定变形地质体,调整、控制致灾 地质作用,从而制止致灾地质作用的发生、发展及其与受灾对象 的遭遇”(刘广润《论地质灾害防治工程》)。

前 言
? 地质灾害监测的目的 1、及时掌握灾害体变形动态,分析其稳定性,超前做出 预测预报,防止灾难发生。 2、为灾害治理工程等提供可靠资料和科学依据。 3、为政府部门对在地质灾害易发区的经济建设、环境治 理等方面的规划和决策提供基础依据。 4、向全社会提供崩塌、滑坡监测信息服务。

前 言
? 监测预警工程 人们将地质灾害的监测、预报和预警工作的运作体系称 为监测预警工程,它包括地质灾害监测预报信息系统的 建立和运行,岗位责任人员组织系统的建立和实施,临 灾紧急抢险避难行动方案的制订(及后续执行)。 监测预警工程的实施中应贯彻以下基本原则,即: (1)监测、预警方法要土洋结合,以有效为准; (2)工作队伍要群专结合,以专带群,重大问题靠专, 面上的问题靠群; (3)管理决策要技政结合,技术上负责搞好灾情、险情 判断,行政上负责工程系统运行的组织实施。

提 纲
1 2 3 4 5 6 前言 滑坡常规监测技术 泥石流监测技术方法 地面沉降监测技术方法 地质灾害监测新技术新方法 监测数据的采集与传输

滑坡常规监测技术
不同类型的滑坡,所采用的监测技术方法各不相同。 就监测内容来说,常分为: (1)位移监测 (2)应力应变监测 (3)地下水动态监测 (4)地表水动态监测 (5)地声监测 (6)放射元素监测 (7)环境因素监测 (8)宏观现象监测等。

地面变形监测
主要有简易监测(皮尺、钢尺等)、仪器仪表监测(绝对位移监测、 裂缝相对位移监测、地面倾斜监测等)几种形式。 一、 简易监测(手动测试) 1、主要方法 (1)在裂缝或滑面两侧(或上、下)设标记或埋桩,定期用钢尺等 直接量测裂缝张开、闭合、位错或下沉等变形; (2)在裂缝、滑带以及建筑物上设置骑缝式标志,如贴水泥砂浆片、 玻璃片等,直接量测; (3)在平斜硐及采空区顶板设置重锤,量测硐顶的相对位移和沉降。 2、特点 (1)简便易行,投入快,成本低,便于群测群防; (2)操作简单,直观性强; (3)精度稍差,观测时劳动强度大。

? 二、 绝对位移监测 有大地测量法、GPS测量法、近景摄影测量法等。 (一)大地形变监测 1、主要监测方法有:视准线法、小角法、测距法等。 2、特点 (1)量程不受限制,能大范围全面控制崩滑体; (2)技术成熟、精度高; (3)易受通视条件和气象条件(风、雨、雪、雾)影响; (4)外业工作量大、周期长。 3、常用监测仪器 一般采用高精度测角、测距的光学仪器和光电测量仪器。 4、观测点的布设 观测点分为固定观测点(控制点)和变形观测点,标型均为 墩标。固定观测点(控制点),埋设在滑坡体之外稳定区(基岩); 变形观测点主要布置在滑坡主轴观测断面线(或利用主勘探线 剖面)和监测网通过的滑坡体地面拉伸、压缩变形和上述变形 的过渡地段。

(二)GPS测量法 1、特点 (1)观测点之间无需通视,选点方便; (2)观测不受气候条件限制,可进行全天侯监测; (3)可同时进行平面位移与垂直位移监测; (4)可长期连续监测,不会漏掉重大的变形信息; (5)从数据采集、数据处理到分析、管理的全过程易 于实现自动化。 (6)如果监测点数量多、且要全部进行长期自动化监 测时,需要大量的GPS接收机、太阳能供电装置及通讯设 备、微机等安装在野外无人值守的监测房内,安全难以得 到保证等问题。 2、适用范围 适用于各种滑坡不同变形阶段的三维位移监测。

(三)近景摄影测量法 1、工作原理 通常把近景摄影仪安置在两个不同位置的固定测点, 同时对滑坡区观测点摄影构成立体象对,利用立体坐标 仪量测象片上各观测点三维坐标的一种方法。在相对精 度方面,可以满足崩滑体处于速变、剧变阶段的监测要 求。即适合于危岩体临空陡壁裂缝变化或滑坡地表位移 量变化速率较大时的监测。 2、特点 (1)周期性重复摄影,外业工作简便,可同时测定 多个测点的空间座标; (2)获得的像片是崩滑体变形的实况记录,可以随 时比较分析; (3)设站受地形条件限制,内业工作量大。 3、常用仪器: 量测摄影机、半量测摄影机、非量测摄影机。

? 三、 相对位移监测 相对位移监测是设点量测地质体重点变形部位点与点 之间的相对位移变化(张开、闭合、下沉、抬升、错动 等),从而定量表示变形的一种监测方法。主要用于对裂 缝、崩滑带、采空区顶底板软弱夹层、危岩体边界等部位 的监测。 按所采用的仪表可分为机械式传动仪表观测法(简称机 测法)和电子仪表观测法(简称电测法)两类。。 (一)机测法 是在斜坡变形部位埋设测座,采用百分表、千分表、 游标卡尺(包括数显卡尺)、收敛计等仪表人工到实地直 接观测的一种方法。 特点: (1)原理、结构简单,安装测试简便,投入快; (2)成本相对较低; (3)观测成果资料直观、可靠度高。

(二)电测法
电测法往往采用二次仪表观测,即将传感器(探头)埋 设于崩滑灾害体变形部位,使用能将传感器电信号转换成 人们所感知(或熟识)信息的电子仪表(如频率计之类)观测。 特点: (1)仪表灵敏度高、精度高; (2)监测采样速度快,可自动巡回检测,远距离传输; (3)观测的成果资料不及机测可靠度高。 电测位移计一定要具备防风、防雨、防腐蚀、防潮、 防震、防雷电干扰等性能,以保障仪器仪表的长期稳定性 及监测成果资料的可靠度。

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四、 地面倾斜监测法

1、工作原理 主要用于监测崩滑体地面倾斜方向和倾角变化。将移 动式倾斜仪定期巡回放置于固定专用测点的盘座上,按预 定的几个方向各自180°往复测量,为判断测点三维合成位 移变形方向及趋势提供直接信息。 2、适用范围 ① 主要用于倾倒式崩塌、拉裂式崩塌、切层滑坡等; ② 对于顺层滑动不宜采用。

深部位移监测
一、 钻孔测斜法 钻孔测斜法是用于观测钻孔 内目标深度岩(土)体横向 位移矢量的一种原位测试监 测手段。 测斜仪类型包括:滑动电阻 式、滑动电阻片式、钢弦式、 伺服加速度计式和电解式。 目前以伺服加速度计式应用 较广。
垂向滑动式钻孔测斜仪 工作原理示意图

深部位移监测
? 仪器设备 ? 根据安装方式和使用特点,分为移动式和固定式。 ? 根据组成探头传感器的个数,可分为单轴式和双轴式。 ? 若按仪器测量方向不同,则可分为垂向测斜仪(测量水 平位移)、水平测斜仪(测量垂向位移)和斜向测斜仪 (测量斜面的法向位移)。目前,在岩土工程原位监测 中,使用最广泛的是垂向测斜仪。 ? 适用条件 ? 由于钻孔倾斜仪安装施工成本大,为一次性隐蔽工程, 且量程有限,适用于崩滑体蠕滑和匀速变形阶段,加 速变形阶段一般不用该方法。

深部位移监测
? 应用技术要求

? (1)测斜管和接头:测斜管材料有铝合金和PVC塑料两种; 管接头分为固定式和伸缩式,固定式接头适用于轴向位移 (沉降)较小的岩(土)体,伸缩式接头适用于轴向位移 较大的岩(土)体。一般情况下,很少用伸缩式接头连接 测斜管。 ? (2)测斜管与孔壁间填料:注浆和填沙。当土质(或堆积 土)滑坡等位移变形相对较大者,可用砂充填处理(一边 填砂,一边注水,以保证填砂密实)。 ? (3)测扭。 ? (4)测斜仪本身固有精度:伺服加速度式测斜仪,在孔斜 不超过3°时,其综合精度为±7.5mm/30m。 ? (5)测量间距:目前主要有0.28m、0.5m、1m三种常见基 距类型,以0.5m最为常见。对于滑带较薄的钻孔,为了更 准确确定其范围,应使用较小的间距;对于孔深较大且目 标位置较少、较疏的钻孔,为了缩短测试时间和减少数据 量,可加大测试间距为2倍(或4倍)基距。

深部位移监测
? 二、 钻孔多点位移监测法 钻孔多点位移监测法是用于观测钻孔岩土体单向 或三向位移变化的一种原位测试手段,利用钻孔位移 计定期逐段测量钻孔的三向位移信息,从而获得岩体 内部位移随时间的变化。 以水平孔多点位移计最为常用。

应力监测
? 一、 岩土体压力计(压力盒) ? 主要有振弦式、液压式和电阻应变计式,以振弦式最为常 见。 ? 应用技术要求 ? (1)压力盒的量程:压力盒的量程有限,选择量程时,应 充分估算预承压大小,同时应考虑滑坡体整体应力结构调 整过程中对埋设部位的应力状态影响;根据经验,量程应 选为估算预承压的两倍或更高。 ? (2)压力盒的安装:压力盒的安装属一次性隐蔽工程,安 装质量的好坏同其运行寿命和测量精度密切相关。首先确 认压力盒的承压面,其次要保证安装部位平整并与应力方 向垂直;特殊环境下,须考虑压力盒具有耐腐蚀能力。

应力监测
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二、 锚索(杆)测力计

? 主要有振弦式、电阻应变式等类型,以振弦式应用较广。 ? 应用技术要求 ? (1)测力计的安装:严格保证锚垫板的厚度(刚度)和 尺寸(保证测力部分完全承压于锚垫板上),锚索测力计 承压面与孔轴线垂直,误差应﹤5°,并严格对中;小量 程测力计本身和其附件应具有一定的偏载适应能力。 ? (2)量程的选择:锚固工程施工时,锚索(杆)的锁定 预应力值一般均小于预应力设计值,故测力计的量程与锚 索(杆)的应力设计值保持一致即可。 ? (3)温度干扰:影响测量精度的主要因素是监测运行期 环境温度变化,应进行定量的温度校正予以消除。

应变监测
? 1、工作原理 ? 在滑坡体治理过程中,埋入式应变计主要用于测试混凝土结 构内部应变信息。当混凝土结构由于受力产生应变时,应变 计会随之产生应变变形,从而可测得混凝土结构应变信息。 ? 2、仪器设备 ? 主要有振弦式、电阻式和光纤式传感器。 ? 3、应用技术要求 ? (1)应变计的尺寸:应变计的长度和直径之比要满足一定 条件,通常L/R采用15~25范围。 ? (2)应变计的安装:应变计的轴向要对准拟测变形方向。

地下水(动态)监测
? 1、工作原理 ? 通过压力传感器直接或间接测量滑坡体(主要是滑带)含水 率、孔隙水压力、地下水位、流量、流速和水温等参数随时 间的变化。 ? 2、应用技术要求 ? (1)设备的安装:分为测压管(有压管和无压管)安装和 钻孔中直接安装。在钻孔中直接安装时,传感器周围使用细 砂或其它透水材料充填;对于多深度监测,各深度部位之间 使用隔水材料隔离止水。 ? (2)由于其传感器安装为隐蔽工程,除要求监测设备具有 较高的精度、较大的量程外,还应具备较强的抗干扰及耐腐 蚀性。 ? (3)地下水动态观测的持续时间一般不少于1个水文年。

声发射监测
? 1、工作原理 ? 材料或岩体结构受力作用时发生变形或断裂,以弹性波形 式释放出应变能的现象称为声发射(Acoustic Emission简 称AE),而用仪器检测分析声发射信号和利用声发射信号 推断声发射源的技术称为声发射技术。 ? 2、适用范围 ? (1)岩石破裂产生的声发射信号比观测到位移信息超前, 因此,声发射监测适用于岩质斜坡处于剧滑临崩阶段的短 临前兆性监测。 ? (2)在勘查阶段,一般可不采用。 ? (3)对于噪声环境比较恶劣(如交通繁华地带、施工区) 的滑坡意义不大。 ? 3、常用仪器 ? 美制AE50008型声发射仪、国产YSS-1型岩体声发射仪、 YSZ-2型智能化l6通道岩体声发射仪、SJ-1型6通道声发射 监测仪、DY-2型地音仪、WD-1型无线电地音仪、YSS岩石 声发射参数测定仪等 。

其它监测方法
? 一、 放射性监测(氡气测量法 ) ? 1、基本原理 ? 放射性元素在衰变过程中产生的氡等射气,其穿透能力比 较弱,但是当它们遇到断层及构造裂隙带时,氡射气就会 沿裂隙上升到地表并在土壤中富集,氡射气的富集不受地 表覆盖层厚度的影响。 ? 当滑坡体处于稳定状态时,氡(Rn)的浓度维持一稳定的低 水平;当岩土体滑动时,岩(土)中的氡迅速释放,其浓度 急剧增大,且随滑坡体的规模大小和变形速度而异。利用 测氡技术方法,测量氡异常变化,就能发现和查明这些地 质灾害,达到预报的目的。

其它监测方法
? 2、适用范围 ? 由于氡主要吸附于含有机质的黏土物质中,所以氡气测量 法适用于较为破碎、裂缝或裂隙较发育的土质滑坡和泥质 页岩滑坡的监测。 ? 3、取样方式 ? 一般采用抽气、取土样和静态埋置取样等,以静态埋置取 样常见,该方式为原位测试,一般取样时间较长。

其它监测方法
? 二、 环境因素监测 ? 主要是滑坡所处环境的气温及降水量的监测。特别是受 水动力诱发的滑坡,降雨量是监测工作的重要参数。 ? 1、降雨量监测 ? 设备有机械式和电动自记式两大类。 ? 监测内容有:年均、月均、日均降水量,最大日降水量、 最大小时降水量等。 ? 2、岩土体温度监测 ? 常用埋入式温度计,测定岩土体温度。 ? 三、 地震监测、人类工程活动监测 ? 用于监测人工开挖、爆破及诱发地震、天然地震(包括 治理施工)等破坏性因素的监测。

宏观地质观测法
? 所谓宏观地质观测法,是用常规地质调查方法,对崩塌、滑坡 的宏观变形迹象和与其有关的各种异常现象进行定期的观测、 记录,以便随时掌握崩塌、滑坡的变形动态及发展趋势,达到 科学预报的目的。 ? 1、宏观变形形迹 ? 崩滑体后缘产生弧形拉张裂缝、后缘崩塌掉块并突然出现陷落 带、陷落坑;房屋变形,树木歪斜呈马刀树醉汉林;前缘斜坡 隆起且开始出现岩(土)体挤(剪)出,同时测量其前缘变形 量呈直线急剧上升时,往往是大崩滑启动破坏的前兆。 ? 2、地声异常 ? 3、动物行为异常 ? 4、地下水宏观异变 ? 出现新泉或泉流量剧增,水变浑,或水温上升,或喷射出地表。

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泥石流监测技术方法
? 我国泥石流监测技术方法 ? 泥石流的发生几乎都与降雨密切相关,其监测方法分为直接 监测和诱发因素监测两类。 ? 1、泥位监测 ? 常用监测仪器为超声泥位计和泥位高度检知线。 ? 2、倾斜监测 ? 即倾斜仪棒法,倾斜仪棒是一根长2m的钢棒,悬挂在一条跨 越泥石流的电缆上,其工作原理为:泥石流运动对钢棒产生 牵引,如果在20秒钟内钢棒从垂直位置连续倾斜超过20°, 水银开关闭合发出警报。

泥石流监测技术方法
? ? ? ? 3、流速监测 水面浮标测速法。 4、地声监测 泥石流运动过程中摩擦、撞击沟床和岸壁而产生振动,并 沿沟床方向传递,称之为泥石流地声。其信号的强度与泥 石流规模成正比。利用泥石流地声的这些特点,即可通过 信号接收与转换,对泥石流实施报警。 ? 5、降雨量监测 ? 6、孔隙水压力监测

泥石流监测技术方法
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美国泥石流监测技术 ? 1、雨量计 ? 雨量计是一种测量降水的最古老的工具。全美有大约 10,000个雨量计,通过联合观测提供每日的降水报告。 ? 2、雷达 ? 雷达能够观测到降雨强度和降雨的空间类型,只有分布密 集的雨量计监测网才能达到类似的精度。雷达能够探测到 强降雨的来临,利用雷达获取的资料可以推断下一个小时 或两小时之内的降雨量。这种“实时预报”的能力为预警 提供了非常准确的预报,任何一个单独的雨量站都无法做 到这一点。

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地面沉降监测技术方法
? 目前国内外地面沉降的监测手段主要有:水准测量、地 下水动态监测、基岩标和分层标监测、全球卫星定位系 统(GPS)测量、合成雷达孔径测量(InSAR)和激光雷 达系统(LIDAR)测量等。 ? 1、水准测量方法 ? GPS未出现以前,地面沉降监测最常见的方法主要是经纬 仪、水准仪以及光电测距仪。 ? 2、地下水动态监测方法 ? 3、基岩标和分层标监测方法 ? 4、GPS技术方法 ? 5、InSAR技术方法 ? 6、钻孔伸长计

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分布式光纤应变测量法(BOTDR) 分布式光纤应变测量法(BOTDR)
布里渊光时域反射传感技术((Brillouin optic time-domain reflectometer, BOTDR)
工作原理

? 当脉冲激光通过光纤时,由于 光纤存在折射率的微观不均匀 性,以及光纤微观特性的变化, 有一部分光会偏离原来的传播 方向,产生空间散射,在光纤 中形成后向散射光和前向散射 光。其中,后向散射光向后传 播至光纤的始端,经定向耦合 器送至光电检测系统。由于每 一个向后传播的散射光对应光 纤总线上的一个测点,通过散 射光的延时t即可以确定出散射 点至始端的距离Z,此时 Z= tV/2。式中V为光速。

图5.1 后向散射光原理图

分布式光纤应变测量法(BOTDR) 分布式光纤应变测量法(BOTDR)
? 布里渊散射光的频率值通常在 10.7~11.9GHz范围之内。 BOTDR在确定其中心频率(波长) 时,采用了按微小等距频率 (如5MHz)扫描整个频率范围, 形成频率范围内的散射光功率 分布曲线(类正态分布曲线), 用数学方法拟合曲线即可求出 曲线峰值点的频率,即中心频 率。光纤某一点两次测量的中 心频率的差值即为该点的中心 频率频移量。利用中心频率频 移量按上式可求出光纤上某点 的应变 。

入射泵浦光

拉伸

布里渊后向散射光 BOTDR
散射光功率
2 ε ε 1

散射光功率

VB1 VB2

光频率
散射光功率

Z1 距 Z2 离

VB1

VB2 率 光频

Z1 Z2

距离

图5.3 BOTDR中心频率测量示意图

分布式光纤应变测量法(BOTDR) 分布式光纤应变测量法(BOTDR)
? 应用现状 ? BOTDR技术起初应用于航天领域, 在发达国家相继应用于电力、通 讯、工程等领域的应变检测和监 控。工程领域主要应用于桥梁、 大坝、隧道等大型基础工程的安 全监测和健康诊断,并取得了很 多成功应用的经验。近年来,日、 韩等国开始将BOTDR技术应用于边 坡工程的变形监测中。我国在工 程领域引入BOTDR技术相对较晚, 目前主要应用于桥梁、隧道等构 筑工程的变形监测中,并取得了 一定成果,但在滑坡、边坡变形 监测领域,国内成功应用还是空 白。

监 测中 心

飞机

大坝 设备 滑坡 隧道

建筑物 江河 堤 坝 桥梁

轮船
图5.4 BOTDR的应用范围示意图

隧道 电 子 通讯

分布式光纤应变测量法(BOTDR) 分布式光纤应变测量法(BOTDR)
? ? ? ? ? BOTDR光纤应变检测技术的关键技术 1)光纤种类 主要有裸纤、紧箍光纤、护套光纤等多种型号。 2)光纤铺设方式 光纤作为传感使用时,尽管具有极高的精度,但量程较小;由于滑坡变 形多不规律,且变形量较大,若采用传统铺设方式,极易损毁,在变形 监测中,对于小规模裂缝等变形部位的识别,还需改进光纤铺设方式, 如采用多巡回的铺设方式。 3)监测周期 由于光纤存在一定的疲劳效应,因此需要根据灾害体变形特征、变形阶 段、所用光纤的疲劳效应周期等因素,确定合理的监测周期,以保证有 效的监测和降低监测成本。 4)温度的影响 实践表明,滑坡灾害体环境较为恶劣,当温差较大时(如超过10℃), 对光纤本身会产生一定的影响,其布里渊频率会产生明显漂移,需要对 数据进行相应的校正。

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时域反射技术(TDR) 时域反射技术(TDR)
? 时间域反射测试技术(Time Domain Renectometry)简称TDR,是一种电 子测量技术。许多年来,一直被用于各种物体形态特征的测量和空间定 位。 ? 1、工作原理 ? TDR技术用于滑坡监测时,首先将同轴测试电缆垂直埋设在滑坡体内, 然后从地表电缆端向同轴电缆内发射高频脉冲测试信号,如果埋设的同 轴电缆某段受到滑坡蠕动的岩石或土体的挤压,那么同轴电缆就会发生 变形,变形处同轴电缆的特征阻抗会发生变化,测试脉冲信号在同轴电 缆中传播,会反应电缆的阻抗特性,在电缆的阻抗特性发生变化的地方, 测试信号会发生反射。在地表用监测系统接收此反射信号,通过对反射 信号的到达时间与振幅幅度的分析,即可推测滑坡体的蠕动变形位置和 程度,从而达到对滑坡体监测的目的。

时域反射技术(TDR) 时域反射技术(TDR)
? ? ? ? ? ? ? 2、技术特点 ① 简便快捷 电缆安装简单,测试过程用时短,数秒内即可完成数据采集。 ② 成本低廉 ③ 可实现实时连续监测 ④ 支持大变形测量 TDR监测技术在位移监测中虽然精度低于钻孔测斜仪监测法,但 它支持较大的变形监测,在一定条件下,可以作为钻孔测斜管的 替代品。 ? ⑤ 技术局限 ? TDR监测技术的有效性是以其测试电缆的变形为前提,若电缆未 产生变形,就很难监测滑坡的位移。另外,单一的TDR监测技术 很难确定滑坡滑动的方向。因此,在应用过程中一般同钻孔测斜 仪配合使用,在滑坡变形方向已知的情况下可以单独使用。

时域反射技术(TDR) 时域反射技术(TDR)
? 3、应用实例(四川省雅安峡口滑坡监测 )

三维激光扫描测量法
? 根据工作平台的不同,该技术可分为陆基系统和空载系统两种。 ? 1、工作原理 ? 三维激光扫描系统主要由快速精确的激光测距仪和可引导激光以等角 速度扫描的反射棱镜组成。激光测距仪发射激光,并同时接收来自斜 坡表面的反射光信号进行距离测量;针对每个地物扫描点的信息,借 助与测站至扫描点的斜距,配合激光扫描的水平与垂直方向角,可以 计算出每个地物扫描点相对于测站的三维空间相对坐标;如果测站的 三维坐标已知,或者欲测量斜坡表面有足够的控制点坐标,即可换算 每一扫描点的三维大地坐标。 ? 当斜坡(滑坡)存在变形时,通过周期性重复扫描,计算不同期次之 间,地表扫描点的坐标差,即可以获得斜坡(滑坡)表面的变形数据。

图5.7 激光扫描系统所采用的设备

三维激光扫描测量法
? ? 2、技术特点 ① 由于该技术可以获得大量的空间信息数据,只要扫描点的密度足够高, 可以获得近于连续的斜坡表面空间模型数据,可用于边坡稳定性评价中的 建模工作。
② 当用于滑坡监测时,可以获得斜坡表面近于连续的变形区域,在时间域, 可以充份识别变形区域和变形区域的动态发展趋势。该技术相对于地表位 移GPS测量和大地形变全站测量技术,具有明显的技术优势。 ③ 该技术为非接触测量技术,在滑坡灾害应急调查和监测中,可以降低投 入成本和保障人员安全。 ④ 该技术由于数据量大,对于数据处理的速度和效率要求很高,因此需要 较好的硬件和高效便捷的软件支持。陆基扫描系统受目前已有设备扫描距 离的限制(一般为数百米,目前最远的设备可以达到1Km以上),对于大 型滑坡或野外测试条件较差的滑坡,实施测量时一般采用分片方式,对于 分片扫描的数据,通过软件和控制点进行数据图像的拼接处理。

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微震监测法
? 微震监测技术在矿山安全监测领域已由数十年的发 展历史,在南非等矿业发达国家,该技术的应用较 为广泛和成熟。 ? 近两年来,随着数据处理技术的迅速发展,尤其是 波形识别理论的日益成熟,声发射技术取得了巨大 的发展,也越来越受到人们的重视。微震监测系统 被认为是岩体工程灾害最有效的监测方法之一。 ? 已有16通道、32通道、48通道和64通道的设备投入 使用。

微震监测法
? 1、工作原理 ? 利用声发射和微震监测技术对声发射与微震源进行精确定位,可以识别 事件的发生位置、时间和不稳定程度。声源定位的基本方法是根据P波到 达的时差或S波和P波到达的时差,利用标准距离公式来求解声源位置。 ? 2、技术特点 ? 微震监测技术可以从岩体变形的最初始阶段开始,跟踪监测岩体内部从 单元岩块的断裂到整个岩体失稳的渐进性破坏过程,从而大大促进了监 测工作的科学性,同时提高了工程与地质灾害预报的准确性和超前性。 与传统岩体稳定监测技术相比,微震监测技术的最大优点是可以准确给 出岩体失稳的空间位置并使灾害预报提前约30~45天。

微震监测法
? 3、应用实例 (南非某边坡)

图5.18 边坡拾振器布置图和微震事件分布图

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1 2 3 4 5 6 前言 滑坡常规监测技术 泥石流监测技术方法 地面沉降监测技术方法 地质灾害监测新技术新方法 监测数据的采集与传输

监测数据的采集与传输
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如何在保证精度的情况下,快速获得各种监测数据,充分发挥监 测系统的功能,数据采集和传输技术是关键。 一、监测系统的构成

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监测数据的采集与传输
? 二、监测数据的采集方式 ? 1、基于单片机的方式 ? 一般适用于对数据处理要求不高,运算量不大的远程监控系统。 ? 2、基于DSP的方式 ? 以DSP为核心设计开发的监测站,可以完成高速率数据处理,保证系统实 时性方面的要求。 ? 3、基于单片机和DSP的方式 ? 这种方式吸取了单片机和DSP各自的优点,系统中采用了两个处理器,其 间的信息交互是构建这类监测站时须着重考虑的问题。 ? 4、基于微处理器的方式 ? 与工业控制计算机相比,嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、 可靠性高等优点;但是由于其需要很多必要的外围电路和器件,系统的可 靠性会有所降低。

监测数据的采集与传输
? 三、数据的传输方式 ? 1、有线传输方式 ? 有线传输方式基于RS-232或其它标准通信接口,使用 数据线缆(直接联结)、电话线(两端分别使用调制 解调器)或光缆联结进行数据传输和发送控制信息, 相对于无线传输方式,抗干扰能力强,传输质量高。 但是,由于灾害体所在环境多较为恶劣,不易于整个 传输系统的维护,对于非光缆方式,通常需要安装避 雷装置,对于距离较远的,可以采用光电隔离驱动装 置。

监测数据的采集与传输
? 2、无线传输方式 ? (1)基于公用网络的无线通信方式 ? 目前可以使用的公用无线网络主要有:全球数字移动电话系统 (GSM)、通用分组无线业务(GPRS)、采用码分多址(CDMA)技 术的移动网。 ? (2)基于专用无线收发设备的传输方式 ? 结构简单,且无须付费;利用专网,安全性高。无线传输以微波作 传输媒体。 ? 采用专用无线收发设备可以建立无线局域网,无线收发设备包括无 线调制解调器和无线网桥等。若采用网桥为网络组建设备,网络拓 扑结构将更为灵活,可以是以太网、令牌环网或点对点网络等本地 局域网,也可以是城域网,甚至是因特网,但使用公网时应综合考 虑安全性和费用问题。

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