MEMS传感器在锚杆加固边坡监测中的应用研究

滑坡破坏各种建筑工程,严重影响了人民生产生活以及国民经济的发展。锚杆作为边坡治理的主要手段之一,其施工质量与锚固效果难以直接监测。随着微机电系统(MEMS)技术的兴起与不断发展,MEMS传感器具有体积小、造价低和精度高等优点,使其从常规监测手段中脱颖而出,为地质工程监测提供了新的可能。通过设计模型试验,基于MEMS传感器探讨锚杆对边坡的加固作用。试验采用天然河砂,通过撒砂法堆坡,边坡坡角为45°,分有锚杆加固和无锚杆加固2组。以降雨触发滑坡,将MEMS传感器布设在边坡内部,实现对边坡内部各点的加速度、角度和角速度的实时连续监测。研究表明:当未加固边坡蠕滑开始时,边坡内部和坡脚处的加速度与角度发生渐变,边坡后缘与表面处的加速度和角度变化不明显,表明边坡蠕滑主要发生在边坡内部与坡脚处;滑坡发生时,边坡内部与坡脚处的加速度和角度率先发生突变,边坡后缘与表面的参数随后发生突变,表明砂土坡破坏的瞬间,其内部与坡脚处先发生滑动,边坡后缘与坡面随后滑动,为典型的牵引式滑坡。采用锚杆加固后,边坡只发生蠕滑,边坡内部、坡脚处与坡面的加速度和角度有明显渐变,边坡后缘的各指标几乎无变化,表明降雨条件下,加固后的边坡发生整体蠕滑,边坡坡角降低,不发生破坏。MEMS传感器能够实现低成本、高精度的连续实时监测边坡蠕滑的渐变规律,捕捉到滑坡发生时运动的明显突变,对研究边坡的滑动机制及滑坡预警有一定的应用价值,在地质工程监测领域具有广阔的应用前景。     

地质和岩土工程光电传感监测研究进展及趋势第五届OSMG国际论坛综述

第五届地质(岩土)工程光电传感监测国际论坛于2014年10月在南京大学成功举办。本次论坛显示,国内外地质和岩土工程光电传感监测领域的研究工作取得了以下一些进展:(1)光电解调技术不断进步,解调精度、稳定性不断提高,一些新型的技术如微弱FBG拉丝塔技术被开发出来; (2)国内外都研发了大量的适用于地质与岩土工程监测的光纤传感器,基本上覆盖了工程监测领域的各种需求; (3)光电传感器的性能测试和布设工艺成为研究热点; (4)基于光电传感器的健康诊断和监测理论日益成熟; (5)光电传感监测技术的工程应用领域越来越广阔,在边坡工程、隧道工程、采矿工程、基坑工程、道桥工程等领域发挥了越来越重要的作用。未来的研究建议包括以下几个方面:(1)高性价比的分布式光纤传感解调技术的研发; (2)适合于地质、岩土工程分布式监测的光纤传感器的研发; (3)适应恶劣地质环境的分布式光纤传感器布设工艺研究; (4)海量监测数据的实时处理、误差分析和异常识别; (5)海量监测数据传输技术的开发; (6)基于分布式监测的地质灾害预警和岩土工程安全评估理论研究。     

光纤传感技术在锚杆轴力监测中的应用

在简述了光纤Bragg光栅传感器基本工作原理的基础上,通过沪―蓉―西高速公路龙潭隧道支护锚杆轴力监测的工程应用,探讨研究了光纤传感技术用于岩土工程监测的几个重要环节--传感器选择、传感器安装、传感器标定及传感器埋设。通过现场监测获得了复杂地质条件下特长隧道支护锚杆轴力的变化特性,为光纤传感技术在岩土工程监测领域的应用积累了一定的经验。     

分布式OTDR滑坡岩体推力监测系统的研究及应用

提出了一种用圆形弹膜片及微弯调制机构,进行滑坡崩塌岩体推力传感的分布式光纤传感系统以及一种不需双光路信号,就可减小光源波动及环境因素对测量的影响解调应力方法。推导出传感器的动态范围与分布个数的关系、传感器的灵敏度与应力的关系及瑞利后向散射光功率与应力的公式。建立起对岩体推力进行监测的试验系统。试验表明该传感器具有线性度好、重复性、准确度高及工程实用性好的特点。光纤传感器与其它类型的传感器相比,具有抗电磁干扰、结构简单、性能可靠、耐水性及电绝缘好、耐腐蚀;测量对象广泛,适用于多种物理量的监测;对待测场能够进行远距离、连续实时、分布式测量。因而在许多安全监测领域逐步受到人们的注意。分布式光纤压力传感器在桥梁、水利工程、建筑以及地质工程灾害监测中有着十分广泛的应用前景。其发展受到普遍的重视。目前高分辨率、高灵敏度的分布式光纤应力传感器多采用光相干方式,其光路结构复杂、调整难,工程实用性差。文中介绍的仪器为一种基于OTDR的分布式光纤压力传感器,具有较高的空间分辨率和测量灵敏度,工程实用性好。直接采用光纤应变传感器对滑坡、崩塌岩体、滑体推力进行监测,预测预报其灾害的发生,对滑坡、崩塌岩体防治工程监测,检测其施工质量,...     

地质和岩土工程光纤传感监测技术综述

光纤传感器与常规传感器相比具有很大的优越性,已经成为地质和岩土工程监测领域中的研究热点。本文介绍了光纤传感监测系统的种类、基本测量原理和目前国内外的研究发展状况,并对各种传感技术的性能和特点进行了比较,指出了光纤传感监测技术应用于地质和岩土工程监测尚需研究的相关课题。     

油气储层表征与随机建模的发展历程及展望

使用MEMS传感器及其配套技术,近源监测花岗岩样品的受压破裂过程。在岩样完全破裂前近360s的受压过程中,观测到四次微破裂相对集中发生。对岩样不同部位所记录到的微破裂产生的加速度及幅频特性进行了详细讨论。压机油泵产生的噪声在岩样内部的传递,可以很好地表征岩样内部物理状态的变化。预示MEMS技术在震源过程监测和微地震成像以及噪声成像领域有广阔的应用前景。     

岩体边坡工程中的位移监测及分析

边坡工程的监测取决于监测人员对岩(土)体介质的认识程度和选择相应的方法和手段。通过对江西德兴铜矿大山村选矿厂东部边坡和北部楔形地质结构体稳定状况的监测,阐述了在边坡工程中位移监测的应用及有关分析。     

岩溶地面塌陷监测技术与方法

重点阐述地质雷达和岩溶管道裂隙中的水(气)压力传感器自动监测两种监测技术的原理及在岩溶塌陷监测中的应用,对光导纤维监测技术的原理及其在岩溶塌陷监测、预报的应用前景进行了展望。同时分析、说明了三种塌陷监测方法的优缺点和适用条件: 地质雷达监测费用昂贵,适用于短距离、小范围监测;光纤监测法适用于各种线状工程监测;岩溶管道裂隙中的水(气)压力传感器自动监测法则适用于由地下水触发的塌陷的监测。      

辽宁海州露天矿边坡预应力锚索远程监测系统

随着海州露天矿的闭坑,岩体结构越来越弱化,围岩的支承能力越来越小,露天矿边坡处于不稳定状态,具有发生大规模滑坡的潜在危险。根据海州露天矿工程地质条件,边坡形态,稳定状态及监测目的,研发海州露天矿边坡预应力锚索远程监测系统。系统应用GPRS远距离无线传输技术远程主动监测边坡岩体内部应力变化来获取岩体变形特征和滑移信息,实现边坡锚索应力全天候连续自动监测,其采用太阳能进行供电,适用于边坡中、长期监测。通过对海州露天矿边坡监测与边坡稳定性分析的现场应用实践证明,该系统可以对边坡稳态进行实时监测,对边坡滑坡灾害防治具有重要意义。     

基于磁测的边坡深部大变形监测方法

现有边坡深部变形监测仪器易受雨水、泥石流、滚石等环境的影响,仪器布设较繁琐,且无法监测边坡深部滑移的中后期变形。基于磁场定位理论,采用磁性物质制作智能石头,在边坡深部布置智能石头,通过智能石头和全张量磁力梯度仪建立边坡深部大变形监测系统。基于磁场梯度张量缩并定位对智能石头进行三维定位,实现边坡深部的中后期大变形监测。针对全张量磁力梯度仪的精度和地球磁场梯度的影响,由三维磁感应强度和磁场梯度的分析,其有效监测距离为35 m;在磁场定位试验中,监测精度为0.06 m。可为磁测在边坡深部大变形监测的进一步研究和应用提供参考。     

光纤传感器及其在地质矿产勘探开发中的应用

与传统电、磁及机械传感器相比,光纤传感器集传输、传感于一体,具有诸多独特优势,在各领域中均存在广泛、特殊的应用前景和潜力。目前研究最多、应用最广泛、在该领域内占重要地位的两类光纤传感器是光纤光栅传感器和分布式光纤传感器,前者以光纤Bragg光栅（FBG）传感器为主,后者以基于拉曼散射的分布式温度传感器（DTS）和基于布里渊散射的分布式温度应变传感器（DTSS）为主。着重阐述了这两类光纤传感器在地质矿产勘探中的应用：光纤地震检波器在石油勘探中的应用、DTS和光纤光栅压力传感器在油页岩勘探中的应用、光纤传感器在智能完井中的应用以及光纤气体传感器在地下煤矿安全监测中的应用。光纤传感器目前存在规范性差、成品率低等的问题,特殊结构或特殊用途的光纤传感器的研制是未来发展方向。     

地质和岩土工程分布式光电传感监测技术现状和发展趋势第四届OSMG国际论坛综述

第四届地质(岩土)工程光电传感监测国际论坛显示了国内外地质和岩土工程光电传感监测领域研究工作的以下几个特点:(1)理论研究不断加强,出现了一系列新的基础性研究成果; (2)开发出越来越多的适用于地质和岩土工程监测的新型传感器,这些传感器在精度、稳定性、可靠性、可集成性等方面具备了独特的优势; (3)分布式传感技术在地质灾害与岩土工程安全监测方面的应用日益增多,已开发出一些针对具体工程的监测系统; (4)全分布式和准分布式光纤传感技术已逐渐渗透到水利水电、交通、消防、电力、国防等相关行业,技术标准、监测规范的制定进一步受到重视。未来的研究建议包括以下几个方面:(1)研发具有优越性能价格比的全分布式光纤传感解调技术; (2)特种地质和岩土工程光纤传感器及其现场安装工艺的研究; (3)海量分布式光纤感测数据的传输和处理技术; (4)基于分布式监测技术的地质灾害预警和岩土工程安全评估理论和方法研究。     

《岩石高边坡稳定性工程地质分析》

本书结合我国西部特殊的地域地质环境条件、针对边坡高陡、地质环境条件复杂及工程边坡开挖规模巨大等特点,全面阐述岩石高边坡稳定性分析的工程地质基础、变形破坏机理及稳定性分析和评价方法,主要内容包括基本原理、岩石高边坡工程地质环境条件、高边坡工程地质     

基于安全熵的边坡稳定性分析

熵的概念源于热力学,是一种多目标决策的有效方法,是系统不确定性的一个度量。熵已经广泛应用于众多学科,但是应用于地质学,尤其是用来进行边坡稳定性评价的实例却很少。作者基于关系矩阵及信息熵概念提出的边坡安全熵稳定性评价方法,有效地结合了关系矩阵对各种影响边坡稳定性因素的敏感性及信息熵对边坡紊乱度的量化优点,综合考虑边坡地质、环境及工程因素的基础上,对边坡的稳定性状态作出客观的评价。经在龙滩水电站左岸边坡工程稳定性评价中应用,并与解析计算分析及地质资料分析结果对比,具有很好的相应性。     

高速公路类土质路堑边坡施工期变形监测预警探讨

高速公路类土质路堑边坡是边坡领域的一种重要类型,在工程特性方面与土质边坡或岩质边坡具有明显差异。深入认识该类边坡的工程特性和失稳机理,对该类边坡施工期间的安全建设以及正常运营期间安全评估具有重要意义。基于高速公路类土质路堑边坡工程地质特点、边坡变形影响因素,结合盘兴高速公路K5滑坡变形监测预警实例,提出了采用位移速度比率作为预警参考值的滑坡预警方法,并在松铜一标ZK5 410～485段左侧边坡成功预警,避免了人员伤亡,减轻了经济损失。为类土质路堑边坡工程设计、工后防治、安全运营提供指导。     

卜寺沟水电站环境边坡危险源分类及危险度评价

水电工程环境边坡上任一小型局部失稳块体均会对其下水工建(构)筑物和人员造成巨大威胁,对环境边坡的评价应重点关注局部、个别块体的稳定性的调查与评价。卜寺沟水电站环境边坡共发育危险源100处,其中左岸发育61处,右岸发育39处,在大量精细现场调查分析的基础上,分别按地质成因、规模、破坏机制对其进行分类。按地质成因将危险源分为孤石(群)、危石(群)(一般100m3)、危岩体、高位覆盖层等4种类型。考虑危险源自身稳定性及工程重要性程度,选取危险源自身、途径边坡、触发因素等3个一级指标,选取与一级指标对应的9个二级指标和32个基础指标,建立指标齐全、易于操作的环境边坡危险源危险度评价体系,按评分值大小将危险度分为高、中、低3个等级。利用该评价体系对卜寺沟水电站环境边坡危险源危险度进行评价,评价结果表明:高危险度的危险源为19处,中等危险55处,低危险度26处,评价结果较符合实际,该体系对于危险源防治具有一定的工程意义。     

地质工程自动监测硬件系统若干技术问题

地质工程自动监测系统具有监测对象信息变化差异大,监测环境恶劣等显着特点。其硬件系统须具备监测范围广,抗干扰能力强,抗雷击等特殊功能。同时,为了适应现代化工程建设的要求,还应具备先进的智能化和网络化等功能。为此,本文对地质工程自动监测系统的功能和组成、当前的发展趋势及所涉及到一些关键硬件技术问题展开了讨论,着重总结了作者有关地质工程自动监测硬件系统关键技术问题的研究。最后介绍了作者为五强溪水电站边坡工程建立的自动监测系统,以及该系统双端防雷保护和模块化信号调理等难题的解决。     

北京山区公路边坡地质灾害隐患监测预警技术研究

北京山区的地质构造复杂,岩层风化和破碎严重,人类工程活动频繁,故其地质环境比较脆弱,地质灾害较为发育,特别是山区公路沿线,存在着大量不稳定的人工边坡,在降雨、振动等自然和人类活动因素影响下,很容易发生崩塌、滑坡、落石等地质灾害,故很有必要对其开展专业监测和预警工作。本文主要依据监测对象的不同,对边坡变形和破坏的监测及预警技术进行了系统地总结和梳理;在认真调查和分析北京山区公路边坡变形和破坏模式的基础上,就如何有效开展边坡地质灾害隐患的监测和预警进行了初步研究和探讨,并提出了合理建议。这对今后开展相关工作具有重要的参考意义;对预防和减少山区公路边坡地质灾害损失将起到一定的作用。     

地质和岩土工程光电传感监测研究新进展——第六届OSMG国际论坛综述

第六届地质(岩土)工程光电传感监测国际论坛于2017年11月3~5日在南京大学顺利召开。本届论坛主题为"基础设施监测技术前沿及应用",共设置了35场特邀报告,来自近20个国家和地区的350余位代表参会。本届论坛显示,近几年来国内外地质和岩土工程光电传感监测领域的研究工作又取得了很多新进展:(1)光电感测解调技术不断成熟和完善,监测信噪比、空间分辨率等指标也突飞猛进;(2)国际上出现了一系列适用于地质与岩土工程监测的新型光电传感器,如聚合物光纤土工织物等;(3)光电传感器及其监测系统成为保障隧道、堤坝、核电站、桥梁等基础设施安全运营的有力工具,为这些设施的健康状态诊断和损伤识别提供了数据支撑;(4)光电传感监测技术在地质灾害监测预警中扮演了越来越重要的角色。未来的研究热点主要集中于3个方面:(1)高性价比的分布式光纤传感解调技术的研发;(2)匹配地质和岩土工程监测需求的新型光纤传感器及其布设工艺的研发;(3)基于人工智能的监测数据处理和灾害预警系统的开发。     

怀远县炮楼东巷西侧山体边坡稳定性分析与防治措施

边坡是在内力地质作用和外力地质作用下形成的,边坡稳定性评价和防治一直是岩土工程中重大研究内容,通过合理的勘查手段,查明边坡危岩、崩塌的分布、规模、主要诱发因素、稳定性及发展变化趋势、危害特征等,进行边坡的稳定性分析和定量计算,并针对边坡的特征结合建设工程提出切实可行与环境相结合的防治措施。