dr滑坡監(jiān)測中的反射信號分析

dr滑坡監(jiān)測中的反射信號分析

時間間隔映射檢測技術(shù)是一項電子測量技術(shù)。許多年來,一直被用于各種物體形態(tài)特征的測量和空間定位。早在30年代,美國的研究人員開始運用時間域反射測試技術(shù)檢測通訊電纜的通斷情況。在80年代初期,國外的研究人員將時間域反射測試技術(shù)用于工程地質(zhì)勘查和監(jiān)測工作,尤其在煤田地質(zhì)方面應用較為廣泛,常用于監(jiān)測地下煤層和巖層的變形位移等。到90年代中期,美國的研究人員將時間域反射測試技術(shù)開始用于滑坡等地質(zhì)災害變形監(jiān)測的研究,針對巖石和土體滑坡曾經(jīng)作過許多的試驗研究。在國外,TDR技術(shù)的應用研究已經(jīng)引起研究人員的廣泛關(guān)注和政府部門的極大重視;國內(nèi)在這方面的研究工作尚屬于起步階段。1同軸電纜抗壓強度的監(jiān)測簡而言之,時間域反射測試(TDR)就是采用電纜中的“雷達”測試技術(shù)(Andrews,1994),在電纜中發(fā)射脈沖信號,同時進行反射信號的監(jiān)測。TDR用于滑坡監(jiān)測時,將同軸電纜埋入監(jiān)測鉆孔內(nèi),并與安裝在地面的專用監(jiān)測設備相連接。在同軸電纜中發(fā)射測試脈沖信號,脈沖信號在同軸電纜中傳播的過程中,能夠反映同軸電纜的阻抗特性。專用的監(jiān)測設備實時監(jiān)測同軸電纜中的反射波信號,把測試信號與反射信號相比較,根據(jù)二者的異常情況就可以判別同軸電纜的狀態(tài)(斷路、短路以及變形等)。由此可以推斷出同軸電纜的狀態(tài)發(fā)生變化的位置,更進一步推算出該位置所處地層的形變位移量。在實際的監(jiān)測過程中,如果TDR測試脈沖信號在測試電纜中的傳播速度為Vp,發(fā)射信號與反射信號的時間間隔為Td,那么電纜的長度為與此同時,如果測試脈沖信號為V1,反射信號為V2,那么其反射系數(shù)為ρ=V2/V1ρ=V2/V1根據(jù)線性傳輸理論,可以知道:ρ=Rt?R0Rt+R0(3)ρ=Rt-R0Rt+R0(3)式中:Rt為變形后電纜的阻抗;R0為變形前電纜的阻抗.由(2)式和(3)式可以得出:Rt=1+ρ1?ρR0Rt=1+ρ1-ρR0因此可以得出結(jié)論:若ρ=0,則電纜無變形;若ρ=1,則電纜斷路;若ρ=-1,則電纜短路;若ρ<1或ρ>-1,則說明電纜產(chǎn)生變形。2基于測試電纜的滑坡體檢測方法在自然地質(zhì)作用和人類活動造成了地質(zhì)環(huán)境惡化的條件下,斜坡變形破壞乃至整體移動就會產(chǎn)生滑坡。為了分析滑坡的形成機理、活動狀態(tài)及其發(fā)展趨勢,位移與變形的長期觀測是滑坡動態(tài)監(jiān)測的重要組成部分。采用TDR技術(shù)對滑坡進行監(jiān)測,可以了解和掌握滑坡深部的位移與變形的動態(tài)變化過程。從理論上來說,TDR技術(shù)可以完成大量程的滑坡監(jiān)測。其量程的大小只與測試電纜的特性有關(guān),與監(jiān)測鉆孔的受損壞程度無關(guān)。大量的試驗也能夠證明這一點。在滑坡的長期監(jiān)測過程中,根據(jù)滑坡的實際情況,用鉆孔打穿滑動面后直達穩(wěn)定的地層,并且將同軸電纜放入監(jiān)測鉆孔,然后回填鉆孔,使同軸電纜與周圍地層緊密結(jié)合,對滑坡進行深部定位監(jiān)測,以確定滑動面位置及其上部不同深度滑坡體的位移動態(tài)。如圖1所示。在安放好測試電纜之后,滑坡體一旦產(chǎn)生滑移,其位移就會引起電纜產(chǎn)生形變,電纜變形導致電纜阻抗特性的變化。這時,安裝在地面的滑坡監(jiān)測系統(tǒng)對鉆孔內(nèi)的測試電纜的這種形變進行監(jiān)測。在發(fā)射測試脈沖信號的同時,對反射波信號進行數(shù)據(jù)自動采集,通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)(包括時間和幅度等)進行分析和自動處理,就能得到電纜變形處地層的變化過程,實現(xiàn)對滑坡的動態(tài)監(jiān)測,為滑坡預測、預報、評價以及防治研究等提供可靠的數(shù)據(jù)基礎。研究試驗結(jié)果表明:對于不同阻抗的同軸電纜,需要對測試信號發(fā)生器的輸出阻抗進行適當?shù)恼{(diào)整,使之與電纜的阻抗相匹配。針對不同長度的測試電纜,采用不同頻率的信號,使TDR反射信號更容易采集與識別,以便獲得在測試電纜中進行TDR測試的最佳效果。3tdr電纜測試的特點目前,大多數(shù)情況下用于崩塌、滑坡體內(nèi)監(jiān)測的常規(guī)儀器主要采用鉆孔傾斜儀。通過對兩種技術(shù)方法進行比較,得出了這樣的結(jié)論:TDR不僅技術(shù)方法較為新穎,而且簡便、安全、經(jīng)濟實用。美國的研究人員針對不同的情況,作了大量的對比試驗,發(fā)現(xiàn)最為突出的一個特點就是在監(jiān)測成本方面:在TDR電纜測試儀與鉆孔測斜儀(包括探頭和記錄儀)的價格相差不太大的情況下,電纜測試儀使用某種同軸電纜的價格為$0.16/ft.($0.52/mmter)左右,而鉆孔傾斜儀所使用的鉆孔套管為$5.50/ft.($18/mmter)。另外,在滑坡監(jiān)測的過程中,由于鉆孔傾斜儀的探頭在監(jiān)測鉆孔內(nèi)提升與下降需要一定的時間,同時隨著監(jiān)測鉆孔的變形量的增大,監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲得受到一定的影響;然而,電纜測試儀不會受到這些因素的影響。因此TDR電纜測試儀在節(jié)省監(jiān)測時間和監(jiān)測量程方面也具有較大的優(yōu)勢。由此可見,TDR技術(shù)應用于崩塌、滑坡監(jiān)測具有成本低、不易損壞、安裝簡單、觀測簡便、經(jīng)濟實用、全孔連續(xù)觀測等優(yōu)點。4監(jiān)測的技術(shù)方法通過與傳統(tǒng)的滑坡監(jiān)測方法相比較,雖然TDR技術(shù)的基本原理并不復雜,但是用于滑坡監(jiān)測的技術(shù)方法比較新穎,