一种岩土体深部位移监测方法与流程

1.本发明涉及岩土体沉降监测技术领域，尤其是一种岩土体深部位移监测 方法。


背景技术：

2.对于地面塌陷地区，地面沉降变形是地面监测的重要内容。在长江三角 洲地区、华北地区、汾渭盆地等地面沉降严重区，实施地面沉降调查与监测、 地下水控采与超采区治理、地面沉降防治技术等重要工程，全面推进地面沉 降重点地区的防治工作，最大限度地减少地面沉降灾害造成的经济损失。由 于土体结构形态不规则且复杂，地下一些潜在的地裂缝造成变形方向难以确 定，并且地面沉降变形监测是一个长期监测过程，这就要求监测设备的使用 寿命需要满足长期监测的要求。
3.目前，传统的地面沉降监测技术虽然方法众多，但存在一定的局限性。 合成孔径干涉雷达(insar)监测技术成本较高；全球定位系统图(gps)监 测技术布设密度较低；水准测量监测技术自动化集成化程度低，且高程点存 在失效可能性；分层标监测技术和基岩标监测技术仅限于点式监测。针对监 测设备和传感器的耐久性和监测范围来说，上述监测方法均存在不同程度的 缺点。


技术实现要素：

4.针对上述技术问题，本发明提出了一种岩土体深部位移监测方法，该监 测方法以分布式光纤应变传感技术为基础，创新设计岩土体深部位移监测方 法功能，具有安装效率高、覆盖范围广、耐久性好的优点，为地面沉降位移 监测提供了新的技术手段。
5.一种岩土体深部位移监测方法，具体监测步骤如下：
6.步骤一、钻孔，在指定区域钻孔至监测深度；
7.步骤二、光缆结构选型，根据钻孔得到的监测区域地层地质分布情况， 选择合适的光缆型号；
8.步骤三、研制耦合剂，根据步骤二中地质情况和光缆型号研制一定比例 的耦合剂，使光缆可与周围土层同步协调变形；
9.步骤四，布设装置选型，布设装置包括光缆导引头、阻尼放线架及耦合 剂泵送装置，光缆导引头用于将光缆引导至孔底，阻尼放线架用于收纳光缆 和平衡光缆下坠力，耦合剂泵送装置用于将步骤三中研制好的耦合剂输送至 孔内；
10.步骤五，光缆布设，光缆呈u型回路向下布设，光缆导引头设置在u型 回路中间，利用钻杆顶压光缆导引头端部，将光缆下方至孔底；
11.步骤六，填充耦合剂，利用泵送装置将耦合剂充盈监测孔，注浆完成后， 将光缆引出线放入密封箱中，利用混凝土进行固定；
12.步骤七，数据采集分析，完成光缆布设后，利用分布式光纤解调仪对光 缆数据进行采集，并上传至数据处理平台进行分析处理，得到地层沉降监测 结果。
13.作为上述技术方案的优选，在步骤二中，所述光缆采用多层铠装光缆。
14.作为上述技术方案的优选，在步骤三中，所述耦合剂采用水泥、膨润土、 水玻璃及水配合制成，通过配合比强度试验得到最佳配合比。
15.作为上述技术方案的优选，在步骤七中，所述分布式光纤解调仪采用基 于光纤布里渊或瑞利散射原理的分布式应变解调仪。
16.作为上述技术方案的优选，所述分布式光纤解调仪采用型号为botda 的分布式应变解调仪，空间分辨率为1m，采样分辨率20cm，监测方法可以 按照20cm间距的传感点位对整个路径全长进行连续分布式监测。
17.作为上述技术方案的优选，在步骤七中，数据处理平台通过内置的岩土 体深部位移监测软件分析分布式光纤解调仪解调后的光信号，通过光信号转 化公式将光信号转变为应变，并通过应变积分算法，得到地层钻孔全长的沉 降量，根据岩土体沉降量判断地层安全情况。
18.作为上述技术方案的优选，所述光信号转化公式为：
19.δvb＝α
·
δε β
·
δt，
20.δvb为光纤测量的布里渊频移变化量；α为光纤应变系数；δε为光纤的应变 变化量；β为光纤温度系数；δt为光纤的温度变化量。
21.作为上述技术方案的优选，所述应变积分算法为：
[0022][0023]
δd为岩土体位移值；x1为光缆监测起始位置；x2为光缆监测终点位置；ε为 应变测量值。
[0024]
作为上述技术方案的优选，可以在密封箱周围安装警示栅栏，防止光缆 引出线被破坏
[0025]
本发明的有益效果在于：
[0026]
1、安装效率高，放线过程自主可控，安装快捷。
[0027]
2、覆盖范围广，分布式光纤监测具有连续、长距离监测的特点，可实现 数十公里的信号采集。
[0028]
3、耐久性好，光纤材质为sio2，其防水、耐腐蚀性好、抗电磁干扰、绝 缘性良好。
附图说明
[0029]
图1为利用本发明方案进行岩土体深部位移监测的全流程施工方案图。
[0030]
图2为监测方法的结构示意图。
[0031]
附图标记如下：1-密封箱、2-光缆、3-耦合剂、4-光缆导引头、5-分布式 光纤解调仪。
具体实施方式
[0032]
下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。 基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]
如图1、图2所示的一种岩土体深部位移监测方法，具体监测步骤如下：
[0034]
步骤一、钻孔，在指定区域钻孔至监测深度；
[0035]
步骤二、光缆2结构选型，根据钻孔得到的监测区域地层地质分布情况， 选择合适的光缆2型号；
[0036]
步骤三、研制耦合剂3，根据步骤二中地质情况和光缆2型号研制一定比 例的耦合剂3，使光缆2可与周围土层同步协调变形；
[0037]
步骤四，布设装置选型，布设装置包括光缆导引头4、阻尼放线架及耦合 剂泵送装置，光缆导引头4用于将光缆2引导至孔底，阻尼放线架用于收纳 光缆2和平衡光缆2下坠力，耦合剂泵送装置用于将步骤三中研制好的耦合 剂3输送至孔内；
[0038]
步骤五，光缆2布设，光缆2呈u型回路向下布设，光缆导引头4设置 在u型回路中间，利用钻杆顶压光缆导引头4端部，将光缆2下方至孔底；
[0039]
步骤六，填充耦合剂3，利用泵送装置将耦合剂3充盈监测孔，注浆完成 后，将光缆引出线放入密封箱1中，利用混凝土进行固定；
[0040]
步骤七，数据采集分析，完成光缆2布设后，利用分布式光纤解调仪5 对光缆2数据进行采集，并上传至数据处理平台进行分析处理，得到地层沉 降监测结果。
[0041]
在本实施例中，在步骤二中，所述光缆2采用多层铠装光缆。
[0042]
在本实施例中，在步骤三中，所述耦合剂3采用水泥、膨润土、水玻璃 及水配合制成，通过配合比强度试验得到最佳配合比。
[0043]
在本实施例中，在步骤七中，所述分布式光纤解调仪5采用基于光纤布 里渊或瑞利散射原理的分布式应变解调仪。
[0044]
在本实施例中，所述分布式光纤解调仪5采用型号为botda的分布式 应变解调仪，空间分辨率为1m，采样分辨率20cm，监测方法可以按照20cm 间距的传感点位对整个路径全长进行连续分布式监测。
[0045]
在本实施例中，在步骤七中，数据处理平台通过内置的岩土体深部位移 监测软件分析分布式光纤解调仪5解调后的光信号，通过光信号转化公式将 光信号转变为应变，并通过应变积分算法，得到地层钻孔全长的沉降量，根 据岩土体沉降量判断地层安全情况。
[0046]
在本实施例中，所述光信号转化公式为：
[0047]
δvb＝α
·
δε β
·
δt，
[0048]
δvb为光纤测量的布里渊频移变化量；α为光纤应变系数；δε为光纤的应变 变化量；β为光纤温度系数；δt为光纤的温度变化量。其中，布里渊频移变化 量同时受温度和应变变化影响，温度影响量级较小时可忽略，也可采用温度 补偿方式抵消温度的影响，光缆应变数据用于换算岩土体位移。
[0049]
在本实施例中，所述应变积分算法为：
[0050][0051]
δd为岩土体位移值；x1为光缆监测起始位置；x2为光缆监测终点位置；ε为 应变测量值。
[0052]
本实施例中，可以在密封箱1周围安装警示栅栏，防止光缆引出线被破 坏。
[0053]
本实施例中，光缆导引头4、阻尼放线架及耦合剂泵送装置为实现相应功 能的常规技术设备，本技术针对地面沉降位移监测的需求，重点解决地面沉 降位移监测中存在的
安装困难、分布范围广、耐久性要求高等难题，以分布 式光纤应变传感技术为基础，创新设计岩土体深部位移监测方法功能，具有 安装效率高、覆盖范围广、耐久性好的优点，为地面沉降位移监测提供了新 的技术手段。
[0054]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域 的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围 之内。