边坡监测新技术

边坡监测新技术

1.1物探法

1.1.1 放射性测量法
任何边坡体内都还含有不同数量的铀、镭、钍等天然放射性核元素，而且含量差别较大。铀、镭、钍等核元素按照既定的规律产生衰变，在衰变过程中会有α、β、γ射线释放。放射性测量方法是通过检测氡以及其子体的α和γ射线的放射量，根据放射量的不同判断滑坡的地质形态（滑坡体边界和厚度）。α卡法、γ能谱法以及氡管法和活性炭法等方法的应用推广表明，放射性测量法可以为研究滑坡体的滑动方向以及滑坡体中地下水流的运动方向提供依据。确定滑坡体的边界（缘）线，通过对采集到的数据进行分析以及信号处理后就可预测出滑坡体的风化带深度，即滑体厚度。


1.1.2 探地雷达
探地雷达（Ground Penetrating Radar，即GPR），是在电磁波传播理论基础上发展而来的方法，主要由发射装置、接收装置、控制单元、电脑等部分组成。使用时，将不同频率的电磁波发送至地面，并接收反射回来的电磁波，然后进行数据分析和数据处理，用来寻找滑坡体滑面位置。处理方法与地震反射法相似。像其他波传播效果一样，高频波具有较高的分辨率，但是在传播过程中，频率越高的衰减速度也越快，探测深度就越浅，而低频波传播效果与高频波恰好相反。


1.1.3 声发射技术
（1）声波扫描成像技术，基于传感器的脉冲回波模式发射和收集声波，进而获取被测物体的测量信息。根据具体监测内容，以及声学回波幅度和传播时间两个参数的变化值，来确定被测边坡的稳定性。但是，该技术的不足是仪器需要在被监测地点接通电源才能进行工作，因此该技术无法监测偏远地区以及用电不便地区，目前，该技术主要用于不连续监测。
（2）声发射技术，又称岩体声发射（Acoustic Emission）能够为岩质工程稳定性评估以及危险状态预测提供较为可靠的信息资料。其工作原理主要是通过两个紧密相连的声发射探头或连续两次的监测工作，来推断声发射源的位置，同时可以根据声发射的强度来判断灾害发生的时间，与其他的方法相比较具有独特优势。然而，因为地下环境较差，理论的研究滞后于该技术在工程中的现状应用等原因，导致设备性能经常出现不稳定的状态，同时周边环境的噪声也极易对仪器采集声发射信号产生一定的影响。另外，由于现代技术的限制无法充分利用声发射的全部信息，导致了声发射技术在岩体中的应用还很不完善。一般来说，地球物理学方法在判断及预测岩土边坡稳定性以及滑坡发生时间及运动方向等问题上具有很好的优势及发展前景。


1.2 时域反射技术（TDR）

时域反射测试技术(Time Domain Reflectometry)最早主要应用于通讯方面，近年来开始被引入到边坡深部变形监测领域。该技术的监测体系主要由信号接收器、传输线路以及电脉冲信号发生器构成。TDR技术的工作机理（电磁波理论的广泛应用）：首先同轴电缆在外力作用下发生剪切/拉伸。其次同轴电缆的几何形状发生改变将会引起电缆电阻特性发生变化。最后测试仪采集电磁波的反射与透射信号。时域反射技术的应用关键技术有两点：一是要确保同轴电缆能够竖直埋设；二是要保证同轴电缆的灌浆材料强度、变形模量等与周边岩土体具有较好的耦合性。TDR技术在监测边坡变形前需要在钻孔中安装同轴电缆。当边坡发生位移时，同轴电缆中的测试信号与反射信号的差异能够实时监测出电缆发生状态变化的位置，从而进一步推算出边坡体内部的位移量。


1.3“3S”技术


20世纪90年代以后，全球定位系统(GPS)、遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)等技术的迅猛发展为边坡变形监测工作提供了强大的支持。与传统的大地测量技术相比，该类技术具有自动化程度高，定位精度高，观测时间短，可以全天候实时监测地表位移，监测站之间不需要相互通视，可以实时处理分析数据等优点。


1.4 地面激光扫描技术


地面激光扫描(TLS，TerrestrialLaserScanning)技术是形成于20世纪90年代的一种用于滑坡监测的新型遥感调查与监测技术。该技术主要由激光测距系统、扫描系统和支架系统组成，同时集成了数字摄影和仪器内部校正等系统。地面激光扫描具有非接触性、数据获取速度快(5万点/秒－几十万次点/秒)、实时、动态和主动性、穿透性、高精度、高密度、全自动化，并且能与GPS和外置数码相机结合等优点，克服了传统点式变形监测的片面性，可得到监测区域完整的点云数据，通过对点云数据的处理与分析，能够得到滑坡体表面的变形特征。


1.5 电荷耦合器件技术


电荷耦合器件(CCD，Charge Coupled Device)是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。工程监测中首先将光敏标靶固定在边坡体的某特定位置，当边坡发生位移时，光学波长的变化便通过光学解析系统转化为数字信号，从而实时监测边坡体的稳定状态。


1.6 合成孔径雷达干涉测量技术


合成孔径雷达(SAR)是一种微波传感器，合成孔径雷达干涉测量(InSAR)结合了合成孔径雷达成像技术和干涉测量技术，借助成像几何关系和传感器的系统参数等精确测量地表任一点的空间位置及微小变化，主要应用领域包括：数字高程模型(DEM)获取、地图测绘、地面提取及监测滑坡和地面沉降等地表形变。近二十年来，欧美等发达国家作为该项技术的先行者，一直致力于研究使用该技术监测地表形变。而合成孔径雷达差分干涉测量技术(DinSAR)作为InSAR技术的一个拓展，雷达图像的差分干涉图可用于监测厘米级甚至更微小的地球表面形变，已被认为是一种极具前景的空间观测技术。


1.7 数字近景摄影测量技术


数字近景摄影测量的基础是量测相机等设备及其生成的数字影像信息，通过运动计算机处理来完成。利用数字图像处理技术，能够准确地确定目标的空间位置，通过和初始位置作对比，一般可达到mm级的变形测量精度。由于其具有安全、快速、廉价、无接触等众多优点，国内外有关近景摄影技术测量边坡的研究近年来日益增多。


1.8 分布式光纤传感技术


近年出现的分布式光纤传感技术(DFOSS，Distributed Fiber Optic Strain Sensor)，如BOTDR(布里渊光时域反射)、BOTDA(布里渊光时域分析)、BOFDA(布里渊光频域分析)和FBG(光纤布拉格光栅)等。其中BOTDA、BOTDR和BOFDA等技术利用光纤中的布里渊散射光频率变化量与光纤轴向应变或环境温度之间的线性关系，来实现对应变和温度感测。与传统传感元件相比，光纤传感器具有质量轻、体积小、防水、耐腐蚀、抗电磁干扰、灵敏度高，可进行大容量信息的实时测量等优点。特别是分布式光纤传感器在沿线上所有待测参量都可以得到，能全面获得岩土体的内部应力应变状态，大大降低漏检的可能。


1.9 阵列式位移计


SAA( Shape Accel Array) 是一种灵活的、校准三维测量系统，可同时测量岩土体的位移和加速度等参数。该系统为阵列式结构，安装灵活自如，可垂直或水平安装，无需其他附属的定向装夹具即可自动校准。它还可以卷起运输和储存，运输方便灵活。