一种边坡变形实时监测系统及光纤铺设方法

摘要

本发明公开了一种边坡变形实时监测系统及光纤铺设方法，该方法包括以下步骤：步骤1：在边坡上垂直于坡面开设N个圆孔；N为大于5的整数；N个圆孔在边坡面上排成M形或W形；步骤2：在一条传感光纤上设有N个球体；N个球体均通过连接线系在传感光纤上；将N个球体依次对应放置在所述的N个圆孔的底部；将圆孔用填充物填充并压实；完成传感光纤的铺设；所述的传感光纤的一端接有泵浦脉冲激光器，另外一端接有布里渊光时域反射仪。该边坡变形实时监测系统及光纤铺设方法易于实施，能对边坡进行内陷检测。

权利要求

1.一种边坡变形实时监测的光纤铺设方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在边坡上垂直于坡面开设N个圆孔；N为大于5的整数；N个圆孔在边坡面上排成M形或W形；

步骤2：在一条传感光纤上设有N个球体；N个球体均通过连接线系在传感光纤上；将N个球体依次对应放置在所述的N个圆孔的底部；将圆孔用填充物填充并压实；完成传感光纤的铺设；

所述的传感光纤的一端接有泵浦脉冲激光器，另外一端接有布里渊光时域反射仪；

相邻两个孔的间距为0.8～1.2m。

2.根据权利要求1所述的边坡变形实时监测的光纤铺设方法，其特征在于，圆孔的直径为10-15cm；圆孔的深度为40-60cm。

3.根据权利要求1所述的边坡变形实时监测的光纤铺设方法，其特征在于，球体为金属实心球，实心球的直径为0.8-1cm。

4.根据权利要求1所述的边坡变形实时监测的光纤铺设方法，其特征在于，球体与传感光纤的连线的长度为0.8-1.2cm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的边坡变形实时监测的光纤铺设方法，其特征在于，相邻两个孔的间距为1m，圆孔的直径为15cm，圆孔的深度为50cm，球体与传感光纤的连线的长度为1cm，实心球的直径为1cm，填充物为土。

6.一种边坡变形实时监测系统，其特征在于，包括传感光纤、泵浦脉冲激光器和布里渊光时域反射仪；所述的传感光纤上通过连接线接有N个球体；N为大于5的整数；

在边坡垂直于坡面开设有N个圆孔；N个圆孔在边坡面上排成M形或W形；

N个球体对应放置在所述的N个圆孔的底部，放置有球体和光纤后的圆孔中被填充物填实；

用于边坡变形实时监测系统还包括计算机；布里渊光时域反射仪获得的反射光信号经过光电转换器后形成数字信号送入计算机中进行处理。

7.根据权利要求6所述的边坡变形实时监测系统，其特征在于，相邻两个孔的间距为

0.8～1.2m。

8.根据权利要求6所述的边坡变形实时监测系统，其特征在于，圆孔的直径为10-15cm；

圆孔的深度为40-60cm；球体为金属实心球。

9.根据权利要求6所述的边坡变形实时监测系统，其特征在于，相邻两个孔的间距为

1m，圆孔的直径为15cm，圆孔的深度为50cm，实心球的直径为1cm，球体与传感光纤的连线的长度为1cm，填充物为土。

说明书

一种边坡变形实时监测系统及光纤铺设方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种边坡变形实时监测系统及光纤铺设方法。

背景技术

[0002] 铁路边坡是为了保证跌路线路安全在铁路线两边由人工垒砌的梯形土坡或石坡。铁路边坡的稳定性直接关系到铁路线的安全运行。随着我国近些年来高速铁路的快速发展，全国很多的地方都有了铁路，而我国幅员辽阔，铁路线经过的地方地形地貌十分复杂，对铁路边坡变形的实时监测变得越来越重要，因此这也对监测铁路边坡的安全性提出了新的要求。

[0003] 用传感光纤来实现对铁路边坡变形的实时监测是近些年兴起的一种有效的监测手段。传感光纤监测具有全天候无间断监测、大范围监测的优点。这些优点是传统监测方式所不能达到的。但是目前光纤铺设的常用方式如：S形、W形、井字型光纤铺设方式都只能实现对铁路边坡坡面进行监测，无法对边坡的内部情况进行监测。

[0004] 对铁路边坡甚至是铁路线下面的地质结构实现全方位立体式监测在近几年有了一些进步。例如利用锚杆连接传感光纤实现对铁路线下面地质情况的监测、利用分层铺设光纤的方法实现对铁路边坡的立体式监测。以上两种方法都有明显的缺点，锚杆连接光纤进行监测的方法受制于锚杆的数量和锚杆的分布，监测的范围有限而且对边坡监测缺乏针对性，如分布光纤铺设的疏密程度受制于锚杆的分布。通过分层铺设光纤来达到对铁路边坡内部地质结构的方法过于繁琐，实施起来相当困难。

[0005] 现有的光纤铺设方式复杂，多数光纤铺设方式只能实现对铁路边坡坡面的外滑监测，无法进行边坡的内陷监测等。

[0006] 因此，有必要设计一种边坡变形实时监测系统及光纤铺设方法。

发明内容

[0007] 本发明所要解决的技术问题是提供一种边坡变形实时监测系统及光纤铺设方法，该边坡变形实时监测系统及光纤铺设方法易于实施，能对边坡进行内陷检测。

[0008] 发明的技术解决方案如下：

[0009] 一种边坡变形实时监测的光纤铺设方法，包括以下步骤：

[0010] 步骤1：在边坡上垂直于坡面开设N个圆孔；N为大于5的整数；N个圆孔在边坡面上排成M形或W形；【因为排成M形或W型能够提高光纤的使用效率，即用更短的传感光纤监测更大的范围，在坡面上实现二维的监测。这是工程成本与监测效果相互妥协的结果】。

[0011] 步骤2：在一条传感光纤上设有N个球体；N个球体均通过连接线系在传感光纤上；将N个球体依次对应放置在所述的N个圆孔的底部；将圆孔用填充物填充并压实；完成传感光纤的铺设；

[0012] 所述的传感光纤的一端接有泵浦脉冲激光器，另外一端接有布里渊光时域反射仪。

[0013] 相邻两个孔的间距为0.8～1.2m。优选为0.8、0.9，1.0，1.1或1.2m。

[0014] 圆孔的直径为10-15cm，直径优选值为11，12，13，14或15cm，圆孔的深度为40-60cm，优选值为40，42，45，48或50cm。

[0015] 球体为金属实心球，实心球的直径为0.8-1cm，优选值为0.8，0.9或1.0cm。【主要考虑传感光纤的受力和施工操作的方便】。

[0016] 球体与传感光纤的连线的长度为0.8-1.2cm。优选值为0.8、0.9，1.0，1.1或1.2cm。【理论上球体与传感光纤的距离越近越好，这样传感光纤在监测边坡形变时会更加灵敏。考虑到施工时的操作问题，采用该数值范围合适】

[0017] 相邻两个孔的间距为1m，圆孔的深度为50cm，球体与传感光纤的连线的长度为1cm，实心球的直径为1cm，填充物为土。

[0018] 一种边坡变形实时监测系统，包括传感光纤、泵浦脉冲激光器和布里渊光时域反射仪；所述的传感光纤上通过连接线接有N个球体；N为大于5的整数；

[0019] 在边坡垂直于坡面开设有N个圆孔；N个圆孔在边坡面上排成M形或W形；

[0020] N个球体对应放置在所述的N个圆孔的底部，放置有球体和光纤后的圆孔中被填充物填实；

[0021] 边坡变形实时监测系统还包括计算机；布里渊光时域反射仪获得的反射光信号经过光电转换器后形成数字信号送入计算机中进行处理。

[0022] 计算机与泵浦脉冲激光器和布里渊光时域反射仪等设备的连接关系为：泵浦脉冲激光器→传感光纤→布里渊光时域反射仪→光电转换器→数据存储器→计算机→监测人员

[0023] 正常情况下，泵浦脉冲激光器发出激光，激光在传感光纤中传播，布里渊光时域反射仪得到布里渊反射光信号，光信号通过光电转换器变成电信号，数据存储器将信息存储起来，然后通过USB接口传输到计算机，计算机通过无线网络将监测情况发送给监测人员；当边坡地质情况发生变化的时候，传感光纤的受力会发生变化，进而传感光纤中的激光传输情况会发生变化，布里渊光时域反射仪接收到的布里渊反射光的频率会发生变化，经过光电转换器后，数据存储器接收到的传感数据会发生变化，这些数据传递给计算机后，计算机通过预装的软件分析后发现边坡出现问题，然后通过无线网络将信息发送给监测人员。

[0024] 相邻两个孔的间距为0.8～1.2m。

[0025] 圆孔的直径为10-15cm；圆孔的深度为40-60cm；球体为金属实心球。

[0026] 相邻两个孔的间距为1m，圆孔的直径为15cm，圆孔的深度为50cm，球体与传感光纤的连线的长度为1cm，实心球的直径为1cm，填充物为土。

[0027] 有益效果：

[0028] 本发明的光纤铺设方法，改变传统的光纤平面铺设的方式，在垂直于铁路边坡坡面的方向上按照M形或W形的方式铺设光纤，在光纤埋入铁路边坡中最深的地方系上一个实心球。这样不仅解决了北方地区由于植被不足导致的铁路边坡外滑问题，而且解决了南方地区由于地下水位过高所导致的铁路边坡内陷问题。

[0029] 通过垂直于铁路边坡坡面的光纤以及该光纤连接的位于边坡内部的重物，实现了对铁路边坡内陷危险的监测以及对铁路边坡内部滑动、铁路边坡整体外滑的监测。

[0030] 这种铺设方式的核心在于垂直于铁路边坡坡面打孔，然后将传感光纤放入孔中铺设(使得传感光纤垂直于铁路边坡坡面)；在垂直于铁路边坡坡面最深处连接一个实心不锈钢小球，实现对铁路边坡内陷的监测；在铁路边坡上打的孔在铁路边坡坡面上按照M形或W形排列。

[0031] 该方法基于光纤传感技术，通过监测光纤中布里渊反射光频率的变化来实现对铁路边坡的监测。当铁路边坡发生外滑时，位于铁路边坡表面的传感光纤受到的应力会发生明显变化，进而导致传感光纤中布里渊反射光的频率发生变化，由此可以实现对铁路边坡外滑风险的监测。在传感光纤埋入铁路边坡最深处连接上不锈钢实心小球后，在地下水位高的南方地区，当发生边坡坡内陷的情况时，实心小球受到重力作用，会使垂直于铁路边坡的传感光纤受到的应力发生明显变化，进而影响传感光纤中布里渊反射光的频率，从而实现对铁路边坡内陷风险的监测。由于传感光纤有一部分是垂直于铁路边坡坡面的，所以当边坡内部发生滑动时，也会使得这部分传感光纤所受应力发生明显变化，进而使得传感光纤中布里渊反射光的频率会发生变化，从而实现对铁路边坡内部滑动的监测。

[0032] 这种基于光纤传感铁路边坡变形实时监测的光纤铺设新方法和监测系统主要有三大优点：

[0033] 1.在光纤上连接不锈钢实心小球，实现了对铁路边坡内陷风险的监测。

[0034] 2.通过打孔的方式，在垂直于铁路边坡坡面上铺设传感光纤的方法，不仅使施工变得容易，而且使得铁路边坡的监测由原来的二维监测变成了三维监测，扩大了监测范围，提高了监测的准确性。

[0035] 3.该光纤铺设方法十分灵活。根据不同的地质情况，通过改变在铁路边坡上打孔的密度，从而控制传感光纤密度，能够做到因坡制宜。在地质状况差的地方，可以加大传感光纤铺设的密度，提高监测的准确性。在地质状况好的地方，可以减小传感光纤铺设的密度，降低铁路边坡监测的成本。本发明就不再受制于锚杆的数量和分布，所以更加灵活。

附图说明

[0036] 图1为边坡示意图；

[0037] 图2为边坡打孔示意图；

[0038] 图3为传感光纤连接重物示意图；

[0039] 图4为光纤铺设示意图。

具体实施方式

[0040] 以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

[0041] 实施例1：

[0042] 如图1-4，一种边坡变形实时监测的光纤铺设方法，包括以下步骤：

[0043] 步骤1：在边坡上垂直于坡面开设N个圆孔；N为大于5的整数；N个圆孔在边坡面上排成M形或W形；

[0044] 步骤2：在一条传感光纤上设有N个球体；N个球体均通过连接线系在传感光纤上；将N个球体依次对应放置在所述的N个圆孔的底部；将圆孔用填充物填充并压实；完成传感光纤的铺设；

[0045] 所述的传感光纤的一端接有泵浦脉冲激光器，另外一端接有布里渊光时域反射仪。

[0046] 相邻两个孔的间距为1m，圆孔的直径为15cm，圆孔的深度为50cm，球体与传感光纤的连线的长度为1cm，填充物为土。

[0047] 一种边坡变形实时监测系统，包括传感光纤、泵浦脉冲激光器和布里渊光时域反射仪；所述的传感光纤上通过连接线接有N个球体；N为大于5的整数；

[0048] 在边坡垂直于坡面开设有N个圆孔；N个圆孔在边坡面上排成M形或W形；

[0049] N个球体对应放置在所述的N个圆孔的底部，放置有球体和光纤后的圆孔中被填充物填实；

[0050] 边坡变形实时监测系统还包括计算机；布里渊光时域反射仪获得的反射光信号经过光电转换器后形成数字信号送入计算机中进行处理。

[0051] 计算机与泵浦脉冲激光器和布里渊光时域反射仪等设备的连接关系为：泵浦脉冲激光器→传感光纤→布里渊光时域反射仪→光电转换器→数据存储器→计算机→监测人员

[0052] 正常情况下，泵浦脉冲激光器发出激光，激光在传感光纤中传播，布里渊光时域反射仪得到布里渊反射光信号，光信号通过光电转换器变成电信号，数据存储器将信息存储起来，然后通过USB接口传输到计算机，计算机通过无线网络将监测情况发送给监测人员；当边坡地质情况发生变化的时候，传感光纤的受力会发生变化，进而传感光纤中的激光传输情况会发生变化，布里渊光时域反射仪接收到的布里渊反射光的频率会发生变化，经过光电转换器后，数据存储器接收到的传感数据会发生变化，这些数据传递给计算机后，计算机通过预装的软件分析后发现边坡出现问题，然后通过无线网络将信息发送给监测人员。

[0053] 球体为金属实心球。

[0054] 相邻两个孔的间距为1m，圆孔的直径为15cm圆孔的深度为50cm，球体与传感光纤的连线的长度为1cm，球体直径为1cm，填充物为土。

[0055] 边坡的光纤铺设包括以下步骤：

[0056] 1、进行地质勘查，确定需要采用光纤传感监测的铁路边坡区域。

[0057] 2、在铁路边坡上垂直于坡面打50厘米深的孔，这些孔在坡面上要按照M形排列。两孔之间在坡面上的距离为一米。(打孔的深度以及两孔间的距离可以根据边坡地质结构的变化灵活改变)

[0058] 3、在光纤上每隔三米连接一个不锈钢的实心小球。小球用软线与光纤连接，小球与光纤的垂直距离1厘米。

[0059] 4、将光纤放入打好的孔中，将连接有实心小球的位置放到孔的底部，然后用土将孔填上并压实。

[0060] 5、在传感光纤的一端接上泵浦脉冲激光器，另外一端接上布里渊光时域反射仪和装有光纤在线监测软件的计算机就可以实现对铁路边坡在线监测了。