IBIS系統(tǒng)在大壩監(jiān)測中的試驗(yàn)分析

1、第二部分IBIS系統(tǒng)在大壩監(jiān)測中的試驗(yàn)分析雖然IBIS系統(tǒng)進(jìn)入我國比較晚，但是就目前而言，應(yīng)用的工程項(xiàng)目還是很多的，以下就紫平鋪大壩外型變形監(jiān)測的例子介紹IBIS系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況。1 紫坪大壩簡介紫坪鋪水利樞紐工程位于四川省成都市西北60km的都江堰市麻溪鄉(xiāng)境內(nèi)的岷江上游，下游距都江堰市9km。攔河大壩為鋼筋混凝土面板堆石壩。最大壩高156m，壩頂高程884.00 m，壩頂全長663.77 m，壩頂寬12.0m，上游壩面坡度為1:1.4，高程840.00 m馬道以上的下游壩面坡度為1:1.5，高程840.00 m馬道以下的下游壩面坡度為1:1.4。2 IBIS儀器的安放與參數(shù)設(shè)置2008年8

2、月采用地表微變形遠(yuǎn)程監(jiān)測雷達(dá)對紫坪鋪水庫大壩下游壩面變形進(jìn)行監(jiān)測，本次監(jiān)測采用了IBIS-L系統(tǒng)，監(jiān)測雷達(dá)架設(shè)在大壩的下游面，距離壩頂800 m，在監(jiān)測雷達(dá)和大壩之間基本沒有遮擋物。如圖2-1所示。圖2-1 IBIS設(shè)備相對于大壩的位置IBIS-L架設(shè)在大壩壩體的遠(yuǎn)處，能夠監(jiān)測到整個壩體的變形情況。IBIS-L的參數(shù)設(shè)置為表2-1所示。表2-1 IBIS-L設(shè)備參數(shù)設(shè)置IBIS至大壩的距離550780m總監(jiān)測時間15h天線傾角5度距離分辨率0.5m雷達(dá)波覆蓋范圍34度角度分辨率4.5mrad采樣頻率(1h采樣次數(shù))10最大監(jiān)測距離1700m3 獲取壩體反射電磁波強(qiáng)度圖IBIS-L是通過發(fā)射并接

3、收電磁波，運(yùn)用高頻電磁波的相位差對目標(biāo)物的微小變形進(jìn)行監(jiān)測，因此需要根據(jù)電磁波的反射強(qiáng)度來決定其中一點(diǎn)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性如何。圖2-2為電磁波能量圖，通過該圖可以看出整個大壩壩體的反射情況都非常好，這為得到準(zhǔn)確的結(jié)果提供了保證。大壩主體的反射能量均在20分貝以上，反射情況良好，并且信號的穩(wěn)定性很好。此外，在圖中可以明顯地看出大壩的外形，壩體的每一個部分都顯示的非常清楚，壩體上的馬道和樓梯都顯示的非常清楚。這為準(zhǔn)確的找到每一個點(diǎn)的位置提供了保證。圖2-2 電磁波能量圖4 獲取估計(jì)信噪比圖電磁波的反射情況是得到準(zhǔn)確結(jié)果的前提，但這不是惟一的條件，還要有其他因素的影響。估計(jì)信噪比就是其中的一個，它代表著電

4、磁波的穩(wěn)定性。這個時候就需要估計(jì)信噪比圖，如圖2-3在圖中可以看出，大壩區(qū)域的估計(jì)信噪比值都比較大，基本上都在10以上，這也為得到整個大壩區(qū)域變形結(jié)果提供了前提。圖2-3 估計(jì)信噪比圖5 確定目標(biāo)點(diǎn)的相關(guān)性接下來要考慮的就是目標(biāo)點(diǎn)的相關(guān)性，一般情況下，巖石的電磁波反射情況相對較好，植被的反射情況相對較差。在IBIS-L中要通過目標(biāo)物的相關(guān)性來判定該點(diǎn)的穩(wěn)定性。大壩的相關(guān)性圖如圖2-4，從圖中可以看出，大壩主體部分的相關(guān)性均接近于1。圖2-4 大壩目標(biāo)相關(guān)性圖6 獲取壩體區(qū)域位移圖IBIS-L 得到的最終結(jié)果是整個區(qū)域每個點(diǎn)的變形情況，這些點(diǎn)的變形量在位移圖中予以顯示。由于 IBIS-L 所采取

5、的是長時間的實(shí)時監(jiān)測，在整個監(jiān)測過程中，氣溫、濕度等的變化會對整個探測結(jié)果造成一定的影響，因?yàn)樵诓煌沫h(huán)境下電磁波的傳播速度不同。為了能夠得到最終的準(zhǔn)確結(jié)果，需要在整個監(jiān)測區(qū)域內(nèi)選取若干穩(wěn)定點(diǎn)，也就是整個壩體的基準(zhǔn)點(diǎn)。通過這些基準(zhǔn)點(diǎn)對最終結(jié)果進(jìn)行校準(zhǔn)。圖2-5為大壩的區(qū)域位移圖。圖2-5 大壩區(qū)域位移圖7 對大壩區(qū)域位移圖進(jìn)行校準(zhǔn)與獲取單點(diǎn)位移圖為了能夠準(zhǔn)確的校準(zhǔn)氣候?qū)Υ髩伪O(jiān)測的影響，需要在大壩區(qū)域內(nèi)選取一個穩(wěn)定點(diǎn)，通過這種方法去掉氣候變化所帶來的影響。在對紫坪大壩進(jìn)行校準(zhǔn)之后的局域位移圖見圖2-6所示。圖2-6 校準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置與大壩區(qū)域位移圖最后，IBIS-L系統(tǒng)不僅可以獲取大壩區(qū)域位移圖，更可以獲取大壩上任意一點(diǎn)的位移變化情況。如圖2-7所示，我們在大壩上任選一系列點(diǎn)。圖2-7 選取點(diǎn)在大壩上的位置示意圖IBIS-L得到這些點(diǎn)的唯一變化情況見圖2-8所示。圖2-8 選取點(diǎn)的位移變化曲線分析圖2-8，可以看出，在15h的時間內(nèi)，所有點(diǎn)的變化情況都在1mm以內(nèi)。這些事實(shí)更加肯定了IBIS的精度與可靠性。除了紫坪大壩變形監(jiān)測項(xiàng)目之外，IBIS系統(tǒng)還廣泛應(yīng)用我國其他的工程項(xiàng)目中。目前，IBIS-S系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于四川金沙江大橋（靜態(tài)撓度測量、動態(tài)撓度測量、自振模態(tài)分析），寶成鐵路清江七