[发明专利]一种基于光纤光栅的滑坡内部位移监测方法

说明书

本发明公开了一种基于光纤光栅的滑坡内部位移监测方法。本方法结合光纤光栅传感技术和传统测斜仪，监测的滑坡内部发生变形会引起测斜管的弯曲变形，导致光纤光栅发生变形，通过光纤光栅传感器和光纤光栅解调仪可以实时准确通过光纤光栅的波长变化得到相应的应变值，再通过应变‑位移差分计算方法先计算出相应测点处的位移，再准确计算出测斜管的扰度。在边坡现场监测中实施较为方便，通过简单的复合辛普森积分公式处理监测数据，能够比较准确的获得边坡内部的变形情况。本发明方法操作上简单易实施，能对边坡进行长期实时的监测，数据处理方法简单准确，推广实用性强。

技术领域

本发明涉及滑坡监测方法，具体是一种基于光纤光栅的滑坡内部位移监测方法。

背景技术

在滑坡的安全稳定性监测中，一般需要对滑坡的地表位移、内部位移等进行长期监测。在目前的监测手段中多采用水准仪、全站仪以及测斜仪等设备进行人工监测，但其数据的及时性和测量的便捷性等难以满足于地形复杂、人工操作安全性差且需实时监测的边坡需求。近年来光纤光栅传感器作为一种新型的传感设备，具有抗电磁干扰、安全可靠、耐腐蚀、稳定性高、能实时测量等特点，已经在工程监测领域中得到了广泛应用。

布拉格光纤光栅传感器属于光纤光栅传感器的一种，基于外界物理量的变化，光纤光栅中心波长将发生变化，波长的漂移和温度与应变的关系呈线性关系，其关系式如下：

式中，Δλ是波长变化值，λ是中心波长值，α与ξ是热光系数，P_eff是弹光系数，ΔT是温度变化值，Δε是应变变化值，K_T是光纤光栅温度灵敏系数，K_ε是光纤光栅应变灵敏系数。

申请号为201410659677.6的发明专利介绍了一种基于光纤光栅的基坑滑动面监测方法，该方法利用FBG解调仪实时监测测斜管上光纤光栅波长变化，计算出测斜管各截面上的平均应变，根据应变值的变化从而判断基坑滑移面的位置。但该方法不能测出基坑不同深度处的实时变形，仅仅只能判断出滑移面的大概位置，体现出该方法的局限性。

目前基于光纤光栅监测原理的原位测斜传感器有很多，用于滑坡内部变形监测的也不在少数，大部分改进主要体现在对于数据的标定和处理方法上，也存在各种问题：精度不高、假定条件多等。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种基于光纤光栅的滑坡内部位移监测方法。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种基于光纤光栅的滑坡内部位移监测方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1)在测斜仪的测斜管外缘凸起导槽的表面中心线上布置对称的U型光纤光栅串，光纤光栅紧密贴合在测斜管表面上，构成光纤光栅应变传感器；

2)在滑坡需要监测的位置钻孔，将光纤光栅应变传感器逐节拼接放入钻孔内，使得布设的光纤光栅U型平面和被监测边坡的滑动方向平行；将光纤光栅应变传感器与光纤光栅解调仪连接，记录下光纤光栅应变传感器的初始波长信号；

3)光纤光栅解调仪实时监测光纤光栅的波长变化，利用标定好的光纤光栅应变灵敏系数K_ε，计算出测斜管不同截面处的平均轴向应变ε(z)：

式中，测斜管的底部为坐标原点，距离测斜管底部z处的前后对称的光纤光栅波长值分别为λ_u和λ_d，其初始值分别为λ_u0和λ_d0，λ_u0≈λ_d0＝λ₀；

4)根据材料力学中，悬臂梁在弯曲状态下的扰度曲线积分公式，结合复合辛普森积分公式，建立不同位置处的测斜管扰度w(z_n)和平均轴向应变ε(z)的关系可以表示为式10：