一种多级高陡道路边坡分布式光纤变形监测方法与流程

本发明涉及边坡监测方法，尤其是涉及一种多级高陡道路边坡分布式光纤变形监测方法。

背景技术：

1、在现代交通基础设施建设中，随着大量高陡边坡工程的涌现，边坡的稳定性成为保障道路安全的重要课题。传统的边坡监测技术，如应变片、倾斜仪、全站仪以及多点位移计等电测式传感器，虽然在工程实践中得到广泛应用，但其局限性越来越明显，尤其是对于多级高陡道路边坡的监测更为如此。

2、传统监测方法主要存在以下缺点：

3、1、点式监测覆盖范围有限：采用应变片和倾斜仪通常只能监测特定点的应力或位移情况，难以获取整个边坡的全面数据，无法反映边坡整体的变形规律。

4、2、实时性较差：需要人工读数或通过复杂的布线系统进行数据采集，无法实现实时监测，这在边坡快速变化时可能导致监测数据滞后，无法及时预警。

5、3、环境影响大：电测式传感器易受腐蚀、雷电等环境因素的影响，使用寿命短，维护成本高；此外，这类传感器在复杂地质条件下的抗干扰能力有限，测量数据易受到噪声干扰。

6、4、稳定性和可靠性低：由于监测点的有限性和环境影响，传统监测技术在长期监测过程中，数据的稳定性和可靠性较低，难以满足大型边坡工程的安全监测需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种多级高陡道路边坡分布式光纤变形监测方法，旨在解决现有道路边坡监测方法存在实时性、覆盖范围、数据精度及系统稳定性不足的缺陷。

2、为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

3、本发明所述多级高陡道路边坡分布式光纤变形监测方法，多级高陡道路边坡分布式光纤变形监测方法，包括下述步骤：

4、步骤1，建立分布式光纤变形监测系统：

5、步骤1.1，道路内侧应变光纤铺设：

6、步骤1.1.1，在道路内侧（靠近坡面的一侧），选择合适的铺设区域，确保覆盖整个边坡可能发生变形的区域,根据地形和监测要求，设定应变光纤铺设线路；

7、步骤1.1.2，沿设定应变光纤铺设线路挖掘深度为510cm的槽，槽底铺设23cm的细沙层，以避免应变光纤受损；应变光纤应保持平直铺设，避免弯折和扭曲；

8、步骤1.1.3，每隔设定的距离2m左右使用钢锚将应变光纤拉直并固定，最后在应变光纤上覆盖细沙并铺设粘土或混凝土层，以防止应变光纤裸露和损坏；

9、步骤1.2，道路外侧应变光纤铺设：

10、步骤1.2.1，在道路外侧路肩挖掘深度为5~10cm的槽，并按步骤1.1.2～步骤1.1.2方式铺设应变光纤和保护材料；

11、步骤1.2.2，深部位移监测装置布设：

12、在设定监测位置钻安装孔，在安装孔内间隙地安装pvc管，之后将铺设的应变光纤沿pvc管外壁向下绕过pvc管底部自另一侧外壁向上延伸出安装孔；

13、步骤1.3，感温光纤铺设：与应变光纤并行铺设感温光纤，通过数据处理系统实时监控并调整环境温度引起的误差，确保监测数据的准确性；

14、步骤1.4，光纤熔接：

15、步骤1.4.1，在应变光纤和感温光纤铺设完成后，将各段应变光纤和感温光纤连接起来形成连续的传感线路，即:使用光纤切割刀对各段应变光纤和感温光纤的端面进行精确切割，确保切割面平滑且无杂质，以减少熔接损耗；

16、步骤1.4.2，通过熔接机对各段应变光纤和感温光纤进行熔接；熔接时，将各段应变光纤和感温光纤两端放置在熔接机的v形槽中，使其端面精确对准；启动熔接机后通过电弧加热，使各段应变光纤和感温光纤端面熔化并融合在一起；熔接完成后，检查接头处的光纤强度和损耗，确保熔接质量符合要求；

17、步骤1.4.3，保护与封装：对熔接后的光纤接头使用热缩管进行保护，将热缩管套在光纤接头处并加热，使其紧密包裹在光纤接头上，防止外界环境对熔接点的损坏；同时，在光纤接头处用聚氨酯涂层进一步密封，以增加光纤接头的耐用性和稳定性；

18、步骤1.4.4，应变光纤和感温光纤线路的测试与校准：

19、线路测试：通过otdr（光时域反射仪）测试应变光纤和感温光纤线路的完整性和损耗情况，即：检测应变光纤和感温光纤线路中的任何断点或高损耗点，并生成相应的损耗曲线图，如果发现异常，重新进行熔接或修复光纤；

20、校准与标定：在监测数据采集前，对应变光纤和感温光纤线路进行校准；首先，将已知应变和温度数据（出厂应变参数、现场环境温度数据）信号输入到分布式光纤变形监测系统（应变光纤和感温光纤线路）中，记录分布式光纤变形监测系统的响应数据，确保分布式光纤变形监测系统能够准确地反映实际应变和温度变化；校准完成后，分别将应变光纤和感温光纤线路接入布里渊数据采集仪（botdr），为后续的数据采集做准备；

21、步骤2，数据采集：

22、步骤2.1，通过布里渊数据采集仪（botdr）实时监测应变光纤和感温光纤线路的应变参数值和温度变化值；即：利用布里渊散射原理，通过botdr分别在应变光纤和感温光纤线路内注入脉冲光，并通过分析背向散射光的频移量，获得应变光纤和感温光纤线路沿线各点的应变参数值和温度变化值数据；

23、步骤2.2，数据采集频率根据监测需求进行设置，可以是连续采集也可以是定时采集；所有采集到的监测数据存储在botdr的内置存储器中，并通过gpib（通用接口总线）或以太网接口传输到本地计算机；

24、步骤3，数据处理：

25、步骤3.1，所述本地计算机首先对接收的所述监测数据进行预处理，包括异常数据识别、去噪、平滑处理；对应变光纤和感温光纤线路中的高损耗点或异常信号进行标记，并采取重新熔接、更换损坏光纤、调整铺设路径、添加中继设备、软件算法优化措施，避免对整体数据的干扰；

26、步骤3.2，对经过所述预处理的数据进行积分、求和计算，得到特定位置的应变分布和位移情况；通过分析应变与位移的变化趋势，预测边坡的潜在滑动面和可能的失稳点；

27、步骤3.3，通过感温光纤采集的数据，对应变数据进行温度补偿，修正由于温度变化导致的光纤变形误差，确保监测结果的准确性；

28、步骤4，数据分析与预警：

29、步骤4.1，利用matlab数据分析软件对步骤3.2处理的位移数据和步骤3.3温度补偿后的应变数据进行分析，识别出边坡的变形趋势和潜在风险；通过建立brillouin散射分析模型和边坡极限平衡模型，预测未来的变形行为，并评估当前监测区域的稳定性；

30、步骤4.2，根据步骤4.1的分析结果，设置预警阈值；当监测数据超过预设的安全范围时，本地计算机触发预警信号，向相关管理人员发出警报，提示其采取必要的安全措施，防止滑坡等地质灾害的发生；

31、步骤5，将所有监测数据进行分类存档，确保监测数据的长期保存和可追溯性；即：每次监测的原始数据、处理后的分析结果以及预警记录进行保存，以便后续的分析与验证；根据监测周期，定期生成监测报告；所述监测报告包括监测数据的采集情况、处理分析结果、边坡的稳定性评估以及未来的监测建议，为决策者提供科学依据。

32、优选地，步骤1.2.2中，所述pvc管下端面沿径向开设卡槽，卡槽的槽底为弧形面；将铺设的应变光纤沿pvc管外壁向下绕过卡槽后，沿pvc管另一侧外壁向上延伸出安装孔；卡槽的槽底为弧形面结构，目的是确保绕过卡槽的应变光纤具有一定的曲率以避免折断。

33、本发明优点主要体现在一下方面：

34、（1）连续分布式监测：实现对整个光纤沿线的连续监测，不再局限于单一监测点。这意味着可以获取整个边坡的应变和位移数据，从而更准确地评估边坡的整体稳定性。

35、（2）实时数据采集：实现实时数据采集和传输，通过布里渊散射原理，快速获取光纤各点的应变和温度数据，为边坡稳定性分析提供及时、可靠的基础数据。

36、（3）高抗干扰能力：光纤本身具有很强的抗电磁干扰能力，不受环境中的雷电、腐蚀等因素影响。因此，在恶劣的地质和气候条件下，光纤监测技术仍能稳定、可靠地运行。

37、（4）长寿命与低维护：光纤由于其材料特性，耐腐蚀、寿命长，且不需要像电测式传感器那样频繁维护，大大降低了长期监测的成本。

38、（5）高精度与灵敏度：能够精确测量微小的应变和位移变化，灵敏度高，适用于检测早期的边坡变形或裂缝扩展，为提前预警提供科学依据。