CN102564312A - 一种滑坡深部位移监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种滑坡深部位移监测装置，包括插入在滑坡上且端部穿过潜在滑动面并延伸至基岩面以下钻孔内的测斜管，测斜管内部设有供信号光纤一穿过的曲线型测试通道，曲线型测试通道包括曲线形支架以及连续布设在曲线形支架内部上下相对两侧的多个变形齿一和多个变形齿二，变形齿一与变形齿二之间呈交错对应布设，信号光纤一穿设在曲线形通道一内部，多个变形齿一和多个变形齿二中至少有一列对应的变形齿齿高、齿距以及与信号光纤一接触的顶部弯曲曲率均相同，信号光纤一的接头与光缆一端相接，光缆另一端引至监测站且与测试单元相接，测试单元还连接上位处理单元。本发明能有效实现对滑坡深度位移变化的远距离监测。
Description
技术领域
本发明属于传感技术领域，具体涉及一种基于光纤传感技术的滑坡深部位移监测装置。
背景技术
滑坡是指斜坡上的土岩体由于多种因素的影响，在重力的作用下，沿着一定的软弱面或软弱带整体或部分地顺坡向下滑动的现象。滑坡灾害是具有危害较大的地质灾害之一。因为地质条件的差异，滑坡的种类、现象很多，这也对滑坡的监测制造了较高的难度。滑坡的监测指标包括地质宏观形迹监测指标、地面位移监测指标、深部位移监测指标、诱发因素监测指标、地下水动态监测指标和地球物理场监测指标。其中深部位移监测能直接反映滑坡体多层变形特征和滑带的位置，是滑坡监测的必备内容。传统的滑坡深部位移监测主要采用多点位移计和钻孔测斜仪，这两种仪器不易进行远距离检测，需要人工现场监测，实时性差，难以满足对滑坡的长期实时监测要求。另一种利用同轴电缆的阻抗特性会随着电缆变形而发生变化特点来测量滑坡深部位移的方法，由于同轴电缆阻抗变化引起的电磁波反射信号和电缆变形量的关系，尚没有相应的理论基础，故变形量只能以室内重复试验结果拟合公式计算，具有很大的或然性，并且也不易远距离检测，从而限制了其使用范围。现有的分布式光纤传感技术也有试验性的应用于滑坡监测，如采用光时域反射技术(简称OTDR)和布里渊后向散射技术(简称BOTDR)的方案，由于没有解决传感光纤的灵敏度和传感光纤的有效保护之间的矛盾，所以并没有得到推广使用，另外基于布里渊后向散射技术的方案由于设备成本较高，也成为限制其应用的一个重要因素。光纤传感技术在滑坡监测的应用前景是被许多学者看好的，但现有的技术方案均没有充分挖掘并释放出光纤传感的巨大潜力，这些都是迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种滑坡深部位移监测装置，其结构简单、设计合理、加工制作方便、成本低且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好，同时实用价值高，适应性强，可有效实现对滑坡深度位移变化的远距离监测。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种滑坡深部位移监测装置，其特征在于：包括插入在滑坡上且端部穿过潜在滑动面并延伸至基岩面以下钻孔内的测斜管，所述测斜管内部设置有供信号光纤一穿过的曲线型测试通道，所述曲线型测试通道包括曲线形支架以及连续布设在曲线形支架内部上下相对两侧的多个变形齿一和多个变形齿二，所述变形齿一与变形齿二之间呈交错对应布设，所述变形齿一与变形齿二的头部之间形成曲线形通道一，所述信号光纤一穿设在所述曲线形通道一内部，所述多个变形齿一和多个变形齿二中至少有一列对应的变形齿齿高、齿距以及与信号光纤一接触的顶部弯曲曲率均相同，所述信号光纤一的接头与光缆一端相接，所述光缆另一端引至监测站且与用于对信号光纤一光信号功率变化量进行同步测试的测试单元相接，所述测试单元还连接上位处理单元，所述测试单元和上位处理单元均位于所述监测站内。
上述的一种滑坡深部位移监测装置，其特征在于：还包括连续布设在曲线形支架上的多个变形齿三和多个变形齿四，所述变形齿三与变形齿四之间穿设有信号光纤二，所述信号光纤二和信号光纤一呈并排布设，所述信号光纤二通过光缆与测试单元相接。
上述的一种滑坡深部位移监测装置，其特征在于：所述变形齿三和多个变形齿四沿着曲线形支架每360度为一个周期，每个周期的起始点位于曲线形支架的同一个方向，并作为零角度，每个周期内的变形齿的间距或齿高是单调变化的，且不同周期的变形齿间距或齿高是单调变化且变化趋势是一致的。
上述的一种滑坡深部位移监测装置，其特征在于：所述曲线型测试通道之间穿设的信号光纤一的两端均设置有光反射装置。
上述的一种滑坡深部位移监测装置，其特征在于：至少所述的曲线形支架的两端固定于测斜管的内壁上。
上述的一种滑坡深部位移监测装置，其特征在于：所述曲线形支架为曲线形壳体、弹簧、柱体或波纹管。
上述的一种滑坡深部位移监测装置，其特征在于：还包括与穿设在测斜管内部的信号光纤相接的光开关，所述光开关与测试单元，所述光开关还与上位处理单元相接。
上述的一种滑坡深部位移监测装置，其特征在于：所述信号光纤一的外部包覆有防水材料层。
上述的一种滑坡深部位移监测装置，其特征在于：测斜管内包括两个或两个以上的曲线形支架。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、结构简单、加工制作简便、投入成本低且使用方式灵活、灵敏度高。
2、适用面广，适应能力强，能有效适用于各种滑坡类型。
3、测试精度高，安装布设方便。
4、功能完善，通过第二信号光纤可以监测出测斜管的弯曲方向，以便更好的分析滑坡的状况。
5、选用普通的通信光纤、以及常规的测试仪器如光源-光功率计或光时域反射计就可以完成滑坡深度位移监测，从而可以大幅度降低整个装置的成本，利于推广使用。
6、通过使用光开关或光分路器装置可以方便实现多个测斜管的监测，从而构建出监测阵列。
综上所述，本发明结构简单、设计合理、加工制作方便、成本低且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好，实用价值高，能有效监测滑坡的变化情况，具有广阔的应用前景。
下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。
图2为实施例1中曲线型测试通道的结构示意图。
图3为实施例1中曲线形支架的内部结构示意图。
图4为本发明实施例2中曲线型测试通道的结构示意图。
图5为本发明实施例3中曲线型测试通道的结构示意图。
图6为图5的A处局部放大结构示意图。
图7为本发明实施例4中曲线型测试通道的结构示意图。
图8为图7的A-A剖视图。
图9为本发明实施例5中曲线形支架的结构示意图。
图10为本发明实施例6中曲线型测试通道的结构示意图。
图11为本发明实施例7中曲线型测试通道的结构示意图。
附图标记说明：
1-光缆； 4-1-变形齿一； 4-2-变形齿二；
4-3-变形齿三； 4-4-变形齿四； 5-测试单元；
7-上位处理单元； 10-曲线形支架； 11-滑坡；
12-测斜管； 13-信号光纤二； 15-滑动面；
16-基岩面； 19-曲线型壳体； 33-信号光纤一；
35-光开关； 36-柱体； 37-缝隙；
38-弹簧； 40-波纹管； 42-管壁；
46-光反射装置。
具体实施方式
实施例1
如图1、2和3所示的一种滑坡深部位移监测装置，包括插入在滑坡11上且端部穿过潜在滑动面15并延伸至基岩面16以下钻孔内的测斜管12，所述测斜管12内部设置有供信号光纤一33穿过的曲线型测试通道，所述曲线型测试通道包括曲线形支架10以及连续布设在曲线形支架10内部上下相对两侧的多个变形齿一4-1和多个变形齿二4-2，所述变形齿一4-1与变形齿二4-2之间呈交错对应布设，所述变形齿一4-1与变形齿二4-2的头部之间形成曲线形通道一，所述信号光纤一33穿设在所述曲线形通道一内部，所述多个变形齿一4-1和多个变形齿二4-2中至少有一列对应的变形齿齿高、齿距以及与信号光纤一33接触的顶部弯曲曲率均相同，所述信号光纤一33的接头与光缆1一端相接，所述光缆1另一端引至监测站且与用于对信号光纤一33光信号功率变化量进行同步测试的测试单元5相接，所述测试单元5还连接上位处理单元7，所述测试单元5和上位处理单元7均位于所述监测站内。设基岩面16里的测斜管12是固定约束的，通过测试测斜管12内部的曲线形支架10的弯曲程度就可以得出测斜管12的弯曲挠度，这一挠度即是滑坡11深部的位移量。
本实施例中，所述曲线形支架10为曲线形壳体19，多个变形齿一4-1和多个变形齿二4-2对应布设在曲线形壳体19的内壁上。当滑坡11移动时，测斜管12出现弯曲，使曲线形壳体19也弯曲，从而使布设于曲线形壳体19内的变形齿一4-1与变形齿二4-2齿间的距离改变，变形齿一4-1与变形齿二4-2齿间的距离改变导致夹持于两者之间的信号光纤33的弯曲曲率变化，信号光纤33的弯曲曲率变化使传输于信号光纤33内的光信号功率变化，通过测试单元5测得该变化信号并传递给上位处理单元7，上位处理单元7经计算得到曲线形壳体19的弯曲状态，并推算出测斜管12的弯曲挠度，从而得到滑坡11的深部位移结果。
优选的，至少所述的曲线形壳体19的两端固定于测斜管12的内壁上。
优选的，测斜管12内包括两个或两个以上的曲线形壳体19。
一种优选的做法是，在信号光纤33的一端设置有光反射装置且其另一端与1×2光分路器的输入端相接，且所述1×2光分路器的输出端与测试单元5相接，所述信号光纤33通过光缆1与测试单元5相接。所述信号光纤33为外部包有多层保护层的光纤，如紧套光纤、碳涂覆光纤、聚酰亚胺涂覆光纤等，也可以是塑料光纤、多芯光纤、细径光纤或光子晶体光纤，或是多根信号光纤33并排夹持在变形齿一4-1与变形齿二4-2之间，或是多根信号光纤33通过树脂合并为信号光纤束或信号光纤带。所述信号光纤一33外部均包覆有防水材料层，如防水油膏，可进一步防止水分子对信号光纤33的侵蚀，延长了信号光纤33的使用寿命。
实施例2
如图4所示，本实施例与实施例1不同的是：所述曲线形支架10为弹簧38，多个变形齿一4-1和多个变形齿二4-2对应布设在弹簧38中相邻两圈弹簧丝之间，且变形齿一4-1和变形齿二4-2相互交错布设。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。
实施例3
如图5和6所示，本实施例与实施例1不同的是：所述曲线形支架10为波纹管40，变形齿一4-1和变形齿二4-2对应布设在波纹管40的管壁42上内凹处的相对两个侧面上，且变形齿一4-1和变形齿二4-2相互交错布设。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。
实施例4
如图7和8所示，本实施例与实施例1不同的是：所述曲线形支架10为柱体36，在柱体36的侧壁上分布有缝隙37，在缝隙37的上下两侧布设有相互交错对应的变形齿一4-1和变形齿二4-2。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。
实施例5
如图9所示，本实施例与实施例1不同的是：还包括连续布设在曲线形支架10上的多个变形齿三4-3和多个变形齿4-4，所述变形齿三4-3与变形齿4-4之间穿设有信号光纤二13，所述信号光纤二13和信号光纤一33呈并排布设，所述信号光纤二13通过光缆1与测试单元5相接。所述变形齿三4-3和多个变形齿四4-4沿着曲线形壳体19每360度为一个周期，每个周期的起始点位于曲线形壳体19的同一个方向，并作为零角度，每个周期内的变形齿的间距或齿高是单调变化的，且不同周期的变形齿间距或齿高是单调变化且变化趋势是一致的，所述信号光纤二13通过光缆与测试单元5相接。这样可以测试测斜管12的弯曲方向，为更好的分析滑坡11的状态提供数据。
一种优选的做法是沿着曲线形壳体19每360度为一个周期每个周期之间没有交叉，每个周期划分为相同数量的有限个区域，对应于曲线形壳体19同一个方向的每个周期上的对应区域内的变形齿的间距或齿高是相同的。
本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。
实施例6
如图10所示，本实施例与实施例1不同的是：多个曲线形壳体19串联在一根信号光纤33上，并通过光缆1接测试单元5，测试单元5优选采用OTDR监测仪器，可以同时测试多个曲线形壳体19的状态，一种优选的做法是在每个曲线形壳体19两端安置有光反射装置46，通过监测光反射装置46的反射光的功率大小计算出每个曲线形壳体19的损耗，并可以消除光源、探测器以及光缆等部分的变化的影响。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。
实施例7
如图11所示，本实施例与实施例1不同的是：还包括与穿设在测斜管12内部的信号光纤相接的光开关35，所述光开关35通过光缆1与测试单元5，所述光开关35还与上位处理单元7相接。光开关35在处理单元7的控制下，分别对每一个曲线形壳体19进行测试，达到对多个测斜管12的同时监测。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (9)
1.一种滑坡深部位移监测装置，其特征在于：包括插入在滑坡(11)上且端部穿过潜在滑动面(15)并延伸至基岩面(16)以下钻孔内的测斜管(12)，所述测斜管(12)内部设置有供信号光纤一(33)穿过的曲线型测试通道，所述曲线型测试通道包括曲线形支架(10)以及连续布设在曲线形支架(10)内部上下相对两侧的多个变形齿一(4-1)和多个变形齿二(4-2)，所述变形齿一(4-1)与变形齿二(4-2)之间呈交错对应布设，所述变形齿一(4-1)与变形齿二(4-2)的头部之间形成曲线形通道一，所述信号光纤一(33)穿设在所述曲线形通道一内部，所述多个变形齿一(4-1)和多个变形齿二(4-2)中至少有一列对应的变形齿齿高、齿距以及与信号光纤一(33)接触的顶部弯曲曲率均相同，所述信号光纤一(33)的接头与光缆(1)一端相接，所述光缆(1)另一端引至监测站且与用于对信号光纤一(33)光信号功率变化量进行同步测试的测试单元(5)相接，所述测试单元(5)还连接上位处理单元(7)，所述测试单元(5)和上位处理单元(7)均位于所述监测站内。
2.按照权利要求1所述的一种滑坡深部位移监测装置，其特征在于：还包括连续布设在曲线形支架(10)上的多个变形齿三(4-3)和多个变形齿四(4-4)，所述变形齿三(4-3)与变形齿四(4-4)之间穿设有信号光纤二(13)，所述信号光纤二(13)和信号光纤一(33)呈并排布设，所述信号光纤二(13)通过光缆(1)与测试单元(5)相接。
3.按照权利要求2所述的一种滑坡深部位移监测装置，其特征在于：所述变形齿三(4-3)和多个变形齿四(4-4)沿着曲线形支架(10)每360度为一个周期，每个周期的起始点位于曲线形支架(10)的同一个方向，并作为零角度，每个周期内的变形齿的间距或齿高是单调变化的，且不同周期的变形齿间距或齿高是单调变化且变化趋势是一致的。
4.按照权利要求1所述的一种滑坡深部位移监测装置，其特征在于：所述曲线型测试通道之间穿设的信号光纤一(33)的两端均设置有光反射装置(46)。
5.按照权利要求1或2所述的一种滑坡深部位移监测装置，其特征在于：至少所述的曲线形支架(10)的两端固定于测斜管(12)的内壁上。
6.按照权利要求1或2所述的一种滑坡深部位移监测装置，其特征在于：所述曲线形支架(10)为曲线形壳体、弹簧、柱体或波纹管。
7.按照权利要求1所述的一种滑坡深部位移监测装置，其特征在于：还包括与穿设在测斜管(12)内部的信号光纤相接的光开关(35)，所述光开关(35)与测试单元(5)，所述光开关(35)还与上位处理单元(7)相接。
8.按照权利要求2所述的一种滑坡深部位移监测装置，其特征在于：所述信号光纤一(33)的外部包覆有防水材料层。
9.按照权利要求1或2所述的一种滑坡深部位移监测装置，其特征在于：所述测斜管(12)内包括两个或两个以上的曲线形支架(10)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120711 |