[发明专利]一种基于光纤光栅感测技术监测地面沉降区土体压缩的方法

说明书

本发明涉及一种基于光纤光栅感测技术监测地面沉降区土体压缩的方法，包括以下步骤：(1)光栅传感器两端加固，(2)光纤光栅光缆底部与配重连接及保护：在应变光缆底部连接配重；要求配重总体为圆柱形，中空，顶部设有短接钢管，短接钢管内壁为反丝扣；底部切割成齿状，且底部封堵，便于扎入土层中，固定配重底部，同时土层不进入中空的配重内；配重上部焊“连接管”，连接管下部开孔穿进钢管内部，并打磨圆滑，用于将应变光缆穿进配重内；配重中部侧壁开窗，用于应变光缆原链路与回路连接及保护；(3)光纤光栅光缆回路连接及保护。本发明具有监测精度高、自动化程度高、占地面积小、施工便捷、耐腐蚀、抗干扰性强、费用合理等优点。

技术领域

本发明属于地面沉降土体压缩监测应用领域。

背景技术

城市地面沉降是在自然因素和人为因素作用下，由于地壳表层土压缩而导致城市区域性地面标高降低的一种城市环境地质现象。它是一种缓变的地质灾害，不仅对开发建设有严重影响，而且对现有城市建设、市政基础设施、农业生产、人民生活等造成直接损害，也造成运力下降、挡潮和排水等间接损害。伴随着近年来地面沉降范围的扩大，程度的加深，它对人类生存环境的影响也越来越大，使得一些城市尤其是沿海城市人们的正常生活受到影响，造成的经济损失也是巨大的，这引起了人们的广泛关注。

开展地面沉降调查与监测，掌握地面沉降现状，是有效开展地面沉降防治工作的基础。目前常用的地面沉降监测方法及特点有：(1)合成孔径干涉雷达自动化集成化程度高，信息获取全面，但成本较高，监测精度易受地面农作物等因素影响。(2)分层标与基岩标为点式测量，可实现不同地层的沉降压缩量监测，数据可靠性强，但建设成本较高，工艺复杂、施工难度大。(3)全球定位系统(GPS)自动化集成化程度高，成本高，监测精度易受地面因素影响。(4)水准测量为面式测量，技术成熟，小范围内使用监测精度高，但自动化、集成化程度低，监测点失效可能性大。目前现有技术是对地面沉降监测进行面状测量，而纵深测量较少，已有的分层标为纵深测量，但安装工艺复杂、建设成本较高。结合各监测方法的特点，需探索一种集性能可靠、自动化程度高、观测精度高、数据量充足、监测效率高、施工简便和成本可控等为一体的新型传感监测技术。

光纤传感技术广泛应用于工程实践，如桥梁路面健康监测、大坝混凝土结构监测、隧道围岩监测、坡体变形监测等。其中准分布式光纤传感器即通过光纤将光栅串联起来，实现大范围内多点同时测量，具有监测精度高、频移清晰，采集精度高、采集设备类型多，耐腐蚀、抗干扰能力强、费用合理等优点。结合地面沉降土体监测项目的特点及采用准分布式光纤光栅传感技术开展地面沉降土体监测的实践应用，准分布式光纤光栅传感技术成为地面沉降监测的一种新型监测方法。

针对所申请发明创造的领域，与本申请应用方向接近的专利号为201310307719.5的一种地面沉降监测系统，其包括对该监测地区设置的各监测点的地下水位分别进行实时数据采集和监测的地下水位监测单元(11)，以及对各监测点的地下各土层的压缩量、膨胀量进行实时数据采集和监测的地下地层监测单元(12)。地下水位监测单元(11)水位监测装置为Micro Diver-DI610微型地下水自动监测仪；地下地层监测单元(12)为各监测点开设的分层标孔内设置的分层标构成，分层标上设置对各土层的压缩量、膨胀量进行实时监测的传感器。各监测点的地下水位监测单元(11)和地下地层监测单元(12)将采集的数据输出至数据采集单元(20)进行存储和整理，数据采集单元(20)再输出数据至数据处理单元(30)对该地区的地面沉降进行分析和实时监控。数据处理单元(30)与显示单元(40)进行数据交换，显示单元(40)为用户的PC机构。具体结构图如图1所示。

分层标只能针对某一个钻孔一定深度以浅的土层开展土层的压缩量、膨胀量监测，其监测值只能反应一定层位土层的总变形量。若要获得不同层位的土体变形量，则需要在多个钻孔中设置不同层位的分层标，不仅需要占用较大面积的土地，而且钻孔施工的工作量大、分层标安装工艺复杂，造成多层位土体变形测量的建设成本高，难以推广使用。

发明内容