时域反射计TDR在滑坡监测的应用-北京木联能工程科技有限公司.PDFVIP

时域反射计在滑坡监测中的应用 时域反射计（TDR ）在滑坡监测的应用 北京木联能工程科技有限公司 2003.6 1、引言 滑坡是一种常见的自然地质灾害，常常造成巨大的损失。为了最大限度地减少和防止滑 坡带来的损失，就必须对滑坡进行监测，实现滑坡危害的早期预报，以防患于未然。就滑坡 监测而言，目前常用的设备包括应变计、斜坡计、水平仪以及倾斜仪等。但在实际应用中， 这些设备普遍存在的问题是需要技术人员定期到现场对数据进行人工采集，这就使得滑坡监 测缺乏实时性。此外，在很多情况下，不稳定滑坡处于边远地区，人员很难到达，甚至可能 存在危险，无法由人工采集数据。相比之下，基于TDR 技术的滑坡监测系统具有突出的优 点。 2、TDR 技术与滑坡监测 2.1 TDR 技术的发展 TDR 是时域反射法（time domain reflectometry ）的简称，它是一种远程电子测量技术。 其最早被应用于电力和通讯工业上，用于确定通信电缆和输电线路的故障与断裂（Rohrig， 1931）。自从发现TDR 技术可以测定土壤的含水量以后，TDR 技术在农业上也有了很广泛 的用途（Topp 和Davis,1985）。美国矿业局自20 世纪80 年代也开始采用TDR 技术来进行 岩体变形的测量（O’Connor 和Dowding，1984）及寻找长墙煤矿中的塌陷层（O’Connor， 1991，Dowding 和Huang,1994）。同一时期，加拿大矿物及能源技术中心（Canada Centre for Mineral and Energy Technology,CANMET ）还将其用于监测金属矿的顶板冒落（Aston,et al,1994 ），石化公司也用它监测靠近拉铲挖土机的滑坡（Lord,et al,1991）。90 年代初，美 国加尼福利亚运输部门进行了深入的试验，以评价TDR 在远程及实地监测滑坡领域的应用 价值（Kane 和Beek,1996）。研究的结果加上TDR 技术在其他领域内的广泛应用，使得TDR 技术受到了工程地质界的关注。在欧美等发达国家，TDR 技术已开始在滑坡监测中得到广 泛应用。我国也有部分的地质专家非常关注此技术的发展。 2.2 TDR 技术监测滑坡的原理 一个完整的TDR 滑坡监测系统，一般由TDR 同轴电缆、电缆测试仪、数据记录仪、远 程通讯设备以及数据分析软件等几部分组成，见图1。 在使用TDR 系统进行滑坡监测时，首先需要在滑坡的某个位置钻孔，并将TDR 同轴电 缆安放在钻孔中。然后，将TDR 电缆与电缆测试仪相连。电缆测试仪作为信号源，发出步 进的电压脉冲通过电缆进行传输，同时反映从电缆中反射回来的脉冲信号。数据记录仪连接 到电缆测试仪之上，它对电缆测试仪起控制作用，记录和存储从电缆中反射回来的脉冲供以 后分析。此外，数据记录仪还可连接远程通讯设备，如移动电话或是短波无线电装置等，将 收集的数据发送到远处。TDR 系统中还可配备多路复用器，以对多点进行同时监测。 在TDR 滑坡监测系统中，同轴电缆是直接与滑坡产生接触的部分，可以将其看作一个 特殊的传感器。同轴电缆的中心是一根金属导体，其周围为绝缘介质，绝缘介质外面有金属 的导体环绕，最外层有保护层。在真空中，电能以光速传播。当在电缆中传输时，其速度会 稍微减慢，即通常所称的传播速度。由于特定电缆的传播速度是已知的，电缆测试仪通过测 量发送脉冲与反射脉冲之间的时延就可以确定任何电缆反射点的距离。 地址：北京市德外六铺炕北小街2 号 邮编：100011 电话：（010 62045859 传真：（010 1 时域反射计在滑坡监测中的应用 另一方面，同轴电缆的特性阻抗是由自身的材料组成及结构决定的。当电缆发生形变时， 内层与外层导体间的距离也发生改变，从而使得电缆的阻抗和反射的电压脉冲发生变化。在 TDR 系统中，如果岩体的移动使得TDR 电缆变形，例如出现弯皱、扭折、渗水或是断裂， 电缆的特性阻抗就会发生相应的变化，它反射