CN103453842A - 一种基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的方法及装置 - Google Patents

一种基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的方法及装置 Download PDF

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廖小平
王建松
赵杰
林灿阳
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Abstract

一种基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的方法及装置，包括：步骤S1：在边坡体上预先埋置分布式光纤；步骤S2：发射光脉冲到各条所述光纤内；步骤S3：接收返回的背向散射信息和菲涅尔反射信息并记录为检测信息；步骤S4：将相邻两份所述检测信息进行对比和分析并判断是否发生边坡变形破坏及发生的位置；按设定的时间间隔重复所述步骤S2、所述步骤S3和所述步骤S4本发明通过检测光纤的信息，来判断光纤发生宏弯变形或断裂破坏的位置，并用以定位边坡岩土体的变形破坏。

Description

一种基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的方法及装置
技术领域
本发明涉及边坡岩土工程，尤其涉及一种基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的方法及装置。
背景技术
目前，在边坡工程的建设和运营过程中，除少数重点高边坡或滑坡病害工程实施了重点仪器监测外，大多数边坡工程在其设计、施工和运行管理中都没有布设相应的安全监测。存在边坡安全监测系统不完善、观测手段传统落后、信息资料分析严重滞后等问题，导致养护与管理人员不能及时、准确地掌握边坡工程实际运行状态，不能为边坡工程的有效管理提供科学依据，不但直接影响边坡工程安全的实时监控效率和质量，给日常管理带来诸多的安全隐患，甚至会导致严重恶性事故的发生。
传统的边坡监测工作由于其实际困难和现实要求，突出问题主要表现在以下几个方面：
（1）由于边坡工程数量庞大，呈散点带状分布，工程性质各异，稳定状态不同，难以准确评估重点边坡或潜在滑坡病害路段，多因误判稳定性差而浪费监测工程投资，或因遗漏潜在滑坡而埋下病害隐患，常有重点监控防范而未发现任何变形破坏迹象，更多情况是未设任何监控措施却经常产生边坡变形和破坏。
（2）为了减少边坡工程灾害风险，势必扩大监控边坡数量，急剧增加边坡安全防控投入，安全与经济的矛盾日益突出，唯一的出路就是提高边坡监测预警水平，降低边坡监控工程成本，研发经济实用的监控手段，扩大边坡监控范围，直至覆盖全部高危边坡。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术存在的不足，而提出一种基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的方法及装置，该基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的方法及装置具有布设灵活、成本低廉、操作简单、直观可靠和便于实时远程监测的优点。
为解决上述技术问题，本发明提出一种基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的方法，包括：步骤S1：在边坡体上预先埋置分布式光纤；步骤S2：发射光脉冲到各条所述光纤内；步骤S3：接收返回的背向散射信息和菲涅尔反射信息并记录为检测信息；步骤S4：将相邻两份所述检测信息进行对比和分析并判断是否发生边坡变形破坏及发生的位置；按设定的时间间隔重复所述步骤S2、所述步骤S3和所述步骤S4。
优选地，步骤S1为将多条光纤开挖埋设于边坡岩土体浅表层、将多条光纤通过钻孔埋设于边坡岩土体内部深处、将多条光纤通过切槽埋设于边坡防护工程结构物内部、将多条光纤直接牢固附着于结构物表面或上述方式混合。
优选地，按设定的时间间隔重复步骤S2、步骤S3和步骤S4为以预设时间间隔重复预设次数的所述步骤S2、步骤S3和步骤S4。
优选地，步骤S4包括：将两份所述检测信息按时间顺序进行对比；分析寻找所述检测信息中是否存在宏弯变形或断裂破坏；若是，则判断所述宏弯变形和断裂破坏位于所述光纤的位置。
本发明还提供一种基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的装置，所述基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的装置包括：多条光纤，所述光纤埋设在边坡体内。发射模块，用以发射光脉冲到各条所述光纤内；接收模块，用以接收返回的背向散射和菲涅尔反射信息并记录为检测信息。
优选地，基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的装置还包括：调节模块，用以控制发射模块和接收模块以预设时间间隔重复预设次数的所述发射步骤和所述接收步骤。
优选地，光纤开挖埋设于边坡岩土体浅表层、所述光纤通过钻孔埋设于边坡岩土体内部深处、所述光纤通过切槽埋设于边坡防护工程结构物内部、所述光纤直接牢固附着于结构物表面或上述方式混合。
优选地，发射模块为激光器，所述接收模块为光接收机，所述调节模块为脉冲发生器。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明通过检测光纤的信息，来判断光纤发生宏弯变形或断裂破坏的位置，并用以定位边坡岩土体的变形破坏。这种方式改变了传统的分散式监测为分布式监测，分布式光纤既是传感器又是传输线，具有布设灵活、成本低廉、操作简单、直观可靠和便于实时远程监测等优点，而且突破了以往监测预警手段只能对重点边坡的重要部位布控的局限，特别适用于对大量边坡进行全面安全管控。 
附图说明
图1为本发明的基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的方法的流程图。
图2为本发明的基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的方法的步骤S5的流程图。
图3为本发明的基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的装置的原理图。
图4为本发明的基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的方法正常状态时的背向散射曲线坐标图。
图5为本发明的基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的方法发生宏弯变形和断裂破坏状态时的背向散射曲线坐标图。
其中，附图标记说明如下：边坡1、滑面2、光纤3、连接光纤4、光时域反射仪5。
具体实施方式
为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
请参阅图1，本发明提供一种基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的方法，所述方法包括：
步骤S1：在边坡体上预先埋置分布式光纤；
如图3所示，光纤插入边坡的方式可以是多样的，例如从方向上可以分为，从水平方向插入边坡1或者由竖直方向插入边坡等等。具体的方式上，光纤可以采用多种方式插入边坡1，例如，将多条光纤开挖埋设于边坡岩土体浅表层、将多条光纤通过钻孔埋设于边坡岩土体内部深处、将多条光纤通过切槽埋设于边坡防护工程结构物内部、将多条光纤直接牢固附着于结构物表面或上述方式混合。总之只要能满足当边坡1上的滑面2处的滑移会导致光纤发生宏弯变形或断裂破坏即可。
步骤S2：发射光脉冲到各条所述光纤内；
由于光纤的特性，发出的光脉冲会沿光纤一直向前传播，当光线在光纤中传播时，由于光纤中存在着分子级大小的结构上的不均匀，光线的一部分能量会改变其原有传播方向向四周散射，这种现象被称为瑞利散射，其中又有一部分散射光线和原来的传播方向相反，被称为背向散射。
步骤S3：接收返回的背向散射信息和菲涅尔反射信息并记录为检测信息；
背向散射的强度随着距离发射源越远变得越来越低，但是，当边坡变形破坏引起各条光纤中的个别位置形成故障点（如宏弯变形或断裂破坏）时，在这些点上，会产生菲涅尔反射即会使背向散射发生变化。
步骤S4：将相邻两份所述检测信息进行对比和分析并判断是否发生边坡变形破坏及发生的位置；
如图2所示，步骤S4包括：
步骤S41：将两份所述检测信息按时间顺序进行对比；
按时间顺序的目的是为了当边坡出现问题时能够确定发生的时间段。
步骤S42：分析寻找所述检测信息中是否存在宏弯变形或断裂破坏，若是则进入步骤S43；
请参阅图4和图5，通过返回的背向散射和菲涅尔反射信息形成检测曲线，由于背向散射曲线在正常情况下的光纤内应该为平滑的斜线，当曲线上出现明显的台阶和尖锐突起时，则代表光纤在该位置发生了菲涅尔反射即出现了形变，而如果该位置不是光纤本身的形变处，例如熔接接头或者连接器接头，则表明光纤在该位置受到外界影响内出现了宏弯变形和断裂破坏。
步骤S43：判断所述宏弯变形和断裂破坏位于所述光纤的位置。
通过计算收到台阶和尖锐突起处的菲涅尔反射信息的时间和发射的时间差，就能可以计算得出位于光纤中相对应的位置，这样再根据光纤埋设的位置就得到了边坡发生滑坡的位置。
按设定的时间间隔重复步骤S2、步骤S3和步骤S4
在本实施例中，按设定的时间间隔重复步骤S2、步骤S3和步骤S4为以预设时间间隔重复预设次数的所述步骤S2、步骤S3和步骤S4。因为边坡监测是一个需要长期执行的过程，边坡的变化也是一个相对漫长的过程，所以可以采用间断式的监测，即按照一定的时间间隔进行监测，以保证监测的效率。
本发明还提供了一种基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的装置，所述基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的装置包括发射模块和接收模块，还可以包括调节模块和多条光纤。
发射模块，用以发射光脉冲到各条所述光纤内。
接收模块，用以接收返回的背向散射和菲涅尔反射信息并记录为检测信息。
调节模块，用以控制发射模块和接收模块以预设时间间隔重复预设次数的所述发射步骤和所述接收步骤并得到多份所述检测信息。
多条光纤，所述光纤埋设在边坡体上。在本实施例中，所述光纤开挖埋设于边坡岩土体浅表层、所述光纤通过钻孔埋设于边坡岩土体内部深处、所述光纤通过切槽埋设于边坡防护工程结构物内部、所述光纤直接牢固附着于结构物表面或上述方式混合。
在本实施例中，所述发射模块为激光器，所述接收模块为光接收机，所述调节模块为脉冲发生器。即采用光时域反射仪来作为发射模块、接收模块，和调节模块。在其它实施例中，可以采用其它具有该功能的硬件来组合实现。
下面以本实施例为例详细说明本发明的工作方式和工作原理。
如图3所示，将光纤3由地表埋设入边坡1中，光时域反射仪5通过连接光纤4与光纤3连接，操作人员通过操作光时域反射仪5来按固定时间间隔向光纤3内发射激光来检测光纤3的情况。随着时间的推移，当边坡1慢慢发生滑坡时，滑面2处的光纤3发生变形，产生宏弯断裂，返回特殊的菲涅尔反射信息，光时域反射仪5将信息记录，工作人员对数据进行分析之后就能判断出光纤发生宏弯断裂处的位置，从而判断出边坡的滑面2位置等等。
请参阅图4和图5，如图4所示，该段光纤内没有发生形变，背向散射曲线正常，如图5所示，b＇1处为下降台阶，则b＇1处所对应的光纤位置应该发生了宏弯变形，b＇2处为尖锐突起，则b＇2处所对应的光纤位置发生了断裂破坏，工作人员通过计算该两处位于光纤中的位置就可以推断出边坡地层中的变化位置。
综上所述，本发明具有如下有益效果：本发明通过检测光纤的信息，来判断光纤发生宏弯变形或断裂破坏的位置，并用以定位边坡岩土体的变形破坏。这种方式改变了传统的分散式监测为分布式监测，分布式光纤既是传感器又是传输线，具有布设灵活、成本低廉、操作简单、直观可靠和便于实时远程监测等优点，而且突破了以往监测预警手段只能对重点边坡的重要部位布控的局限，特别适用于对大量边坡进行全面安全管控。
以上仅为本发明的较佳可行实施例，并非限制本发明的保护范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作出的等效结构变化，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的方法，其特征在于，包括：
步骤S1：在边坡体上预先埋置分布式光纤；
    步骤S2：发射光脉冲到各条所述光纤内；
    步骤S3：接收返回的背向散射信息和菲涅尔反射信息并记录为检测信息；
    步骤S4：将相邻两份所述检测信息进行对比和分析并判断是否发生边坡变形破坏及发生的位置；
    按设定的时间间隔重复所述步骤S2、所述步骤S3和所述步骤S4。
2.根据权利要求1所述的基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的方法，其特征在于，所述步骤S1为将多条光纤开挖埋设于边坡岩土体浅表层、将多条光纤通过钻孔埋设于边坡岩土体内部深处、将多条光纤通过切槽埋设于边坡防护工程结构物内部、将多条光纤直接牢固附着于结构物表面或上述方式混合。
3.根据权利要求1所述的基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的方法，其特征在于，所述按设定的时间间隔重复步骤S2、步骤S3和步骤S4为以预设时间间隔重复预设次数的所述步骤S2、步骤S3和步骤S4。
4.根据权利要求1所述的基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
    将两份所述检测信息按时间顺序进行对比；
    分析寻找所述检测信息中是否存在宏弯变形或断裂破坏；
    若是，则判断所述宏弯变形和断裂破坏位于所述光纤的位置。
5.一种基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的装置，其特征在于，所述基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的装置包括：
    多条光纤，所述光纤埋设在边坡体内；
    发射模块，用以发射光脉冲到各条所述光纤内；
    接收模块，用以接收返回的背向散射和菲涅尔反射信息并记录为检测信息。
6.根据权利要求5所述的基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的装置，其特征在于，所述基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的装置还包括：
    调节模块，用以控制发射模块和接收模块以预设时间间隔重复预设次数的所述发射步骤和所述接收步骤。
7.根据权利要求5所述的基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的装置，其特征在于，所述光纤开挖埋设于边坡岩土体浅表层、所述光纤通过钻孔埋设于边坡岩土体内部深处、所述光纤通过切槽埋设于边坡防护工程结构物内部、所述光纤直接牢固附着于结构物表面或上述方式混合。
8.根据权利要求5或6所述的基于光时域反射技术监测边坡变形破坏的装置，其特征在于，所述发射模块为激光器，所述接收模块为光接收机，所述调节模块为脉冲发生器。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104864820A (zh) * 2015-06-10 2015-08-26 中南大学 一种边坡变形实时监测系统及光纤铺设方法
CN105259184A (zh) * 2015-11-24 2016-01-20 大连大学 隧道拱顶分布式光纤监测装置及其施工工艺与监测方法
CN105761438A (zh) * 2016-05-02 2016-07-13 漳浦县圆周率工业设计有限公司 一种地震报警器
CN106323187A (zh) * 2015-07-03 2017-01-11 中铁西北科学研究院有限公司深圳南方分院 边坡无源监测预警系统
CN107289864A (zh) * 2017-05-23 2017-10-24 上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司 基于分布式光纤微弯的混凝土板梁铰缝破损检测方法
CN109682308A (zh) * 2018-12-21 2019-04-26 河海大学 基于光时域反射的塑料光纤裂缝监测装置及监测方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000292216A (ja) * 1999-04-02 2000-10-20 Fujikura Ltd 光ファイバセンサ
US6674518B1 (en) * 2002-07-01 2004-01-06 At&T Corp. Method and apparatus for optical time domain reflectometry (OTDR) analysis
CN1683902A (zh) * 2004-04-13 2005-10-19 柳州欧维姆机械股份有限公司 锚索长期工作状态监测装置及其方法
CN102997861A (zh) * 2012-11-28 2013-03-27 上海交通大学无锡研究院 一种基于分布式光纤应变传感的高铁边坡滑坡状况实时监测系统
CN103134430A (zh) * 2011-11-27 2013-06-05 西安金和光学科技有限公司 一种滑坡监测系统
CN103175475A (zh) * 2011-12-23 2013-06-26 同方威视技术股份有限公司 铁路边坡防护监测

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000292216A (ja) * 1999-04-02 2000-10-20 Fujikura Ltd 光ファイバセンサ
US6674518B1 (en) * 2002-07-01 2004-01-06 At&T Corp. Method and apparatus for optical time domain reflectometry (OTDR) analysis
CN1683902A (zh) * 2004-04-13 2005-10-19 柳州欧维姆机械股份有限公司 锚索长期工作状态监测装置及其方法
CN103134430A (zh) * 2011-11-27 2013-06-05 西安金和光学科技有限公司 一种滑坡监测系统
CN103175475A (zh) * 2011-12-23 2013-06-26 同方威视技术股份有限公司 铁路边坡防护监测
CN102997861A (zh) * 2012-11-28 2013-03-27 上海交通大学无锡研究院 一种基于分布式光纤应变传感的高铁边坡滑坡状况实时监测系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
朱正伟: "边坡监测的复合光纤装置法研究及其应用", 《中国博士学位论文全文数据库 基础科学辑》 *
蔡永强: "大坝随机裂缝的光纤智能检测、预警系统设计", 《广西水利水电》 *
隋海波等: "边坡工程分布式光纤监测技术研究", 《岩石力学与工程学报》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104864820A (zh) * 2015-06-10 2015-08-26 中南大学 一种边坡变形实时监测系统及光纤铺设方法
CN104864820B (zh) * 2015-06-10 2017-11-10 中南大学 一种边坡变形实时监测系统及光纤铺设方法
CN106323187A (zh) * 2015-07-03 2017-01-11 中铁西北科学研究院有限公司深圳南方分院 边坡无源监测预警系统
CN105259184A (zh) * 2015-11-24 2016-01-20 大连大学 隧道拱顶分布式光纤监测装置及其施工工艺与监测方法
CN105259184B (zh) * 2015-11-24 2018-10-16 大连大学 隧道拱顶分布式光纤监测装置及其施工工艺与监测方法
CN105761438A (zh) * 2016-05-02 2016-07-13 漳浦县圆周率工业设计有限公司 一种地震报警器
CN107289864A (zh) * 2017-05-23 2017-10-24 上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司 基于分布式光纤微弯的混凝土板梁铰缝破损检测方法
CN109682308A (zh) * 2018-12-21 2019-04-26 河海大学 基于光时域反射的塑料光纤裂缝监测装置及监测方法

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