地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)

1、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)    地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)方法研究與示范 (工作時間:2003-2006)(實施單位:方法所) 地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)方法研究與示范 (方法所,2003-2006) 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測技術(shù) 優(yōu)化集成 (方法所,2005-2006) 滄州市地下水系統(tǒng)脆弱性評價與編圖示范 (方法所,2005) 滑坡勘查潛孔錘取芯鉆進技術(shù)應(yīng)用 (工藝所,2005-2006) 圖1:項目關(guān)系圖 地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)方法研究與示范重要進展 (2003-2005年) 2005年3月,中國地質(zhì)調(diào)查局以編號"水2005019 "向方法所下達了"

2、;地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)方法研究與示范"2005年項目任務(wù)書,此任務(wù)書為本項目續(xù)作開展的基本依據(jù).據(jù)任務(wù)書,2005年該計劃項目設(shè)4個工作項目(圖1).主要工作任務(wù)包括: l 運行并完善巫山縣地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警示范站; l 開展地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測技術(shù)優(yōu)化集成研究; l 開展光纖應(yīng)變分析技術(shù)(BOTDR)在滑坡等災(zāi)害領(lǐng)域的應(yīng)用研究與示范; l 進行分布式光纖傳感監(jiān)測系統(tǒng)儀器基本恢復(fù)正常工作(孔隙水壓力2,3號探頭損壞,因?qū)儆陔[蔽工程,無法修復(fù)). 2. 滑坡地下水微流速儀研制開發(fā) 本年度新開,主要工作內(nèi)容包括總體方案設(shè)計,樣機研制(包括傳感器研制,前端面研制和控制軟件,數(shù)據(jù)處理軟件的編制)及研究報告

3、的編寫.工作進展情況如下: (1)1-3月完成了總體方案設(shè)計并通過評審,進行了探頭理論研究和機械圖設(shè)計(圖1-13). 圖1-11:GPS監(jiān)測現(xiàn)場 圖1-12:BOTDR監(jiān)測現(xiàn)場 6 圖1-16 熱脈沖傳感器實物圖 CPU 模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D) 放大(PGA) 多路>間的連接.使各類監(jiān)測信息,數(shù)據(jù)和曲線能夠?qū)崟r顯示,從而完成了實時化監(jiān)測的目標(biāo)(圖1-29). 巫山縣監(jiān)測預(yù)警示范站建設(shè)采用了國外高精度GPS,固定式鉆孔圖1-29:示范站信息發(fā)布主頁面 13 傾斜儀,光纖應(yīng)變分析儀(BOTDR)等領(lǐng)先技術(shù),結(jié)合TDR,孔隙水壓力,自動雨量計等多種監(jiān)測技術(shù),監(jiān)測方法多樣,布網(wǎng)合理有效.和數(shù)據(jù)采集

4、,傳輸及發(fā)布系統(tǒng)配合,首次在國內(nèi)實現(xiàn)了全過程自動化,實時化監(jiān)測目標(biāo),代表了我國地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測技術(shù)的最高水平,取得了完整連續(xù)的長期監(jiān)測資料和良好的示范效果. 【2】研制了滑坡地下水微流速監(jiān)測儀(科研樣機),為滑坡等地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測提供了新的技術(shù)方法. 該儀器應(yīng)用近年來土體的熱動態(tài)和物理參數(shù)測定技術(shù)取得的先進成果和算法,充分利用了當(dāng)今的集成微處理芯片技術(shù)和結(jié)構(gòu)式組件編程技術(shù),配以熱脈沖式傳感器,實現(xiàn)了對滑坡體中水分運移情況和熱屬性參數(shù)的現(xiàn)場動態(tài)自動監(jiān)測,可自動獲取滑坡體的微流速,飽水度,溫度三個參數(shù).微流速測量范圍0mm/h490mm/h,精度2% F S;飽水度測量范圍0-100%,分辨率0.1%;溫

5、度測量范圍0-70,分辨率0.1.對各種流速的模擬試驗結(jié)果表明:微流速最大誤差值為9.8mm/h,結(jié)果符合精度要求. 儀器前端機采用了MSC1210Y5芯片,可任意設(shè)定采集時間及采集間隔,定時采集數(shù)據(jù),自動存儲,入庫,從而可方便并入至實時監(jiān)測系統(tǒng)中. 儀器樣機實物圖見圖1-16,1-18. 【3】研制了地溫與氡氣監(jiān)測系統(tǒng)(科研樣機),為滑坡等地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測提供了一種新的技術(shù)手段.該儀器具以下特點: l 多參數(shù)監(jiān)測 14 系統(tǒng)采用多參數(shù)綜合監(jiān)測的方法,可同時監(jiān)測地溫,氡氣濃度,環(huán)境溫,濕度等參數(shù),為監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合處理和分析提供了基礎(chǔ). l 采用一線制溫度傳感器 系統(tǒng)采用一線制數(shù)字溫度傳感器DS18

6、B20進行地溫測量,其 BOTDR監(jiān)測儀器的研制與開發(fā) BOTDR在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的技術(shù)方法研究 圖2-1:工作內(nèi)容分解圖 18 (一)項目工作進展 1. 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測技術(shù)優(yōu)化集成 (1)廣泛收集了地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測技術(shù)方法等相關(guān)資料,對國內(nèi)外滑坡分類方案進行了系統(tǒng)總結(jié),并初步總結(jié)出適合于本工作項目的滑坡分類方案. (2)完成了位移監(jiān)測,相關(guān)因素監(jiān)測,誘發(fā)因素監(jiān)測等技術(shù)方法的適應(yīng)性研究. (3)對鏈子崖危巖體,新灘滑坡等4個典型災(zāi)害體的組構(gòu)特征,動力成因和變形特點及變形機理進行了分析研究; (4)結(jié)合BOTDR應(yīng)用研究與示范,對BOTDR光纖應(yīng)變監(jiān)測技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用進行了初步總結(jié).對InSAR

7、,GB-InSAR,激光掃描等技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的國內(nèi)外現(xiàn)狀和應(yīng)用方向進行了系統(tǒng)總結(jié)和探討. (5)調(diào)研適用于滑坡災(zāi)害監(jiān)測的儀器設(shè)備20余種.針對滑坡分類,監(jiān)測方法,監(jiān)測方法適用性,監(jiān)測網(wǎng)點時空布置模式等相關(guān)技術(shù)內(nèi)容進行了階段成果報告的編寫;對鏈子崖危巖體等典型災(zāi)害體的監(jiān)測技術(shù)進行了優(yōu)化,并編寫了相關(guān)內(nèi)容. (6)組織召開了2次專題技術(shù)研討會.在項目專題討論會上,對已完成的報告內(nèi)容進行了討論交流,就成果的關(guān)鍵技術(shù),定位等內(nèi)容進行廣泛的交流討論. 2. BOTDR在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的技術(shù)方法研究 (1)按照設(shè)計書要求,在實地調(diào)查監(jiān)測點的基礎(chǔ)上分別選擇了巫山縣殘聯(lián)滑坡,巫山縣向家溝滑坡,巫山縣國

8、賓館前大橋,巴東縣19 沿江公路王家灘大橋,巴東縣沿江公路萬戶沱大橋,實施光纖監(jiān)測.和巫山縣地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警示范站密切配合,完成了光纖鋪設(shè)和監(jiān)測點建設(shè)并開展監(jiān)測和研究工作.共建立了光纖監(jiān)測點6處,建造光纖測試臺5個,安置光纖應(yīng)變監(jiān)測柜5個,在監(jiān)測柜體上做了監(jiān)測標(biāo)志,鋪設(shè)光纖總計長度15000m.在光纖鋪設(shè)沿線做了監(jiān)測標(biāo)志,共做監(jiān)測米刻度標(biāo)志300個. (2)光纖監(jiān)測點建設(shè)完成后進行逐月連續(xù)監(jiān)測,取得了可靠的監(jiān)測數(shù)據(jù),對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了初步處理和分析. (3)收集了各監(jiān)測點的滑坡地質(zhì)資料,鉆孔資料,地層物理力學(xué)參數(shù)等,對監(jiān)測對象進行變形機理分析.結(jié)合地質(zhì)環(huán)境條件,對BOTDR監(jiān)測數(shù)據(jù)進行解釋和監(jiān)測

9、效果綜合分析,表明光纖監(jiān)測技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景. (4)編寫了2005年度階段性成果報告,總結(jié)了光纖在滑坡災(zāi)害監(jiān)測中的鋪設(shè)施工工藝,分析了BOTDR的應(yīng)用效果和應(yīng)用中存在的問題等,取得了階段性的研究成果,為進一步開展研究打下了基礎(chǔ). 3. BOTDR監(jiān)測儀器的研制與開發(fā) (1)收集有關(guān)光纖傳感技術(shù)資料,了解國內(nèi)外光纖傳感技術(shù)的研究動態(tài).同時,進行分布式光纖傳感監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成方案設(shè)計(圖2-2). 20 光源 耦合器 隔離器 波長標(biāo)準(zhǔn)具 耦合器 耦合器 探測器 探測器 微處理器 數(shù) 據(jù) 輸出 FBFB圖2-2 光纖傳感監(jiān)測系統(tǒng) (2)調(diào)研光 【1】在系統(tǒng)總結(jié)國內(nèi)外滑坡分類方案

10、的基礎(chǔ)上,提出了適合本項目的滑坡分類方法;對典型滑坡組構(gòu)特征,動力成因,變形機理進行了深入研究;系統(tǒng)總結(jié)了各類監(jiān)測技術(shù)方法(含監(jiān)測儀器)的適用性.并據(jù)此編寫了階段性研究報告. 【2】結(jié)合BOTDR應(yīng)用研究與示范,對BOTDR光纖應(yīng)變監(jiān)測技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用進行了初步總結(jié).對InSAR,GB-InSAR,激光掃描等技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的國內(nèi)外現(xiàn)狀和應(yīng)用方向進行了系統(tǒng)總結(jié)和探討. 【3】和巫山縣地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警示范站密切配合,完成了巫山縣殘聯(lián)滑坡,向家溝滑坡,巫山縣國賓酒店前橋,巴東縣沿江公路王家灘大橋,萬戶沱大橋等處的光纖鋪設(shè)工作,建立光纖應(yīng)變監(jiān)測點6處.在此基礎(chǔ)上,完成了階段性成果報告的編寫.就光纖選型,鋪設(shè)方式,光纖距離分辨率,BOTDR監(jiān)測周期的確定,影響因素,監(jiān)測數(shù)據(jù)的解釋方法以及光纖在滑坡體地表,鉆孔,大橋等不同地點的鋪設(shè)施工工藝等應(yīng)用技術(shù)進行了探討.表明BOTDR在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中具有較好的應(yīng)用前景,但同時存在許多的技術(shù)問題,報告對其優(yōu)缺點進行了初步分析,并指明了