《边坡稳定性监测tdr技术的试验研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《边坡稳定性监测tdr技术的试验研究（85页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、E x p e r i m e n t a lS t u d yo nt h eA p p l i c a t i o n so fT D Ri nM o n i t o r i n gS l o p eS t a b i l i t yA b s t r a c tM o n i t o r i n gs l o p es t a b i l i t yi sa ni m p o r t a n ts u b j e c tf o rt r a n s p o r t a t i o n ，m i n i n gi n d u s t r y , c o n s t r u c t i o
2、na n dw a t e ru t i l i z a t i o np r o j e c t M o n i t o r i n gs l o p em o v e m e n t ，a n a l y z i n gf i e l dd a t aa n dp r e d i c t i n gp o t e n t i a lf a i l u r ep l a n e sc o n t r i b u t et oh a z a r d sp r e v e n t i o na n dr e d u c t i o n T i m eD o m a i nR e f l e c
3、t o m e t r y ( T D R ) i san e wm e a s u r i n gt e c h n i q u ei nt h ef i e l do fg e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n g ，w h i c hh a sa t t r a c t e dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o nf o ri t sc o n v e n i e n t ，e c o n o m i c a l ，d i g i t a la n dr e m o t ec o n t r o lp r o
4、p e r t i e s T h eb a s i ce l e c t r o m a g n e t i cp r i n c i p l e so fT D Ra n dt h em e a s u r i n gp r i n c i p l e so fT D Rs y s t e mw e r ed e s c r i b e dh e r e i n Ac a l c u l a t i o nm o d e lo fT D Rm e a s u r i n gs y s t e mw a sg i v e n B a s e do ne x p e r i m e n t a
5、 ld a t a ，t h ef e e d b a c ks y s t e mt h e o r yw a su s e dt oc a l c u l a t ea n da n a l y z et h ep r o p e r t i e so fe l e c t r o m a g n e t i cw a v ep r o p a g a t i o ni nc o a x i a lc a b l e ，w h i c hv a l i d a t e dt h er a t i o n a l i t yo ft h ec a l c u l a t i o nm o d
6、 e lg i v e ni nt h i sp a p e r I nt h i sp a p e r , t h ec o m p o n e n t sa n dp r o p e r t i e so fT D Rs y s t e mf C a m p b e l lS c i e n t i f i cI n c ) w e r ei n t r o d u c e d B a s e do nt h ed i r e c ts h e a rt e s t so ft h r e et y p e so fc o a x i a lc a b l e s t h ei n f l
7、 u e n c eo fc o a x i a lc a b l e Ss h e a rd e f o r m a t i o no nT D Rs i g n a lw a ss t u d i e d F u r t h e r m o r e ，s h e a r i n ga n dt e n s i o nt e s t sw e r ep e r f o r m e do ng r o u t e dc a b l ea s s e m b l i e si no r d e rt os i m u l a t et h ef i e l ds i t u a t i o n
8、C o m p a r e dw i t hd i r e c ts h e a rt e s t so nc o a x i a lc a b l e ，t h ee x p e r i m e n t a ld a t aw e r ea n a l y z e da n dv a l u a b l ec o n c l u s i o n sw e r ep r o p o s e do nt h ec o m i n ga p p l i c a t i o no fT D Rt e c h n o l o g yi ns l o p em o n i t o r i n g 浙江人
9、学坝I 学位论文2 0 0 3陈赞第一章绪论1 1 问题的提出天然土坡和人工填筑土坡是工程普遍存在的构筑物。由于自然力( 地震、暴雨等) 和人类工程活动导致土体的损伤，如土单元体所受的剪切力增加，或含水量增加、抗剪强度降低导致剪切破坏。大量土单元体的剪切破坏的累积，最终导致土坡失稳。滑坡运动情况的监测是交通、矿山、建筑及水利等工程的一项重要课题。通过对滑坡运动的监测，掌握其活动情况、破坏机理及对工程的影响，分析监测信息，预测工程可能发生的破坏，从而为防灾减灾提供依据。滑坡的监测围绕着确定一系列重要参数以及这些参数如何随着时间而变化。其中最重要的两个参数便是地下水位情况及滑坡的运动情况。滑坡的运
10、动情况包括破坏面的深度，滑动方向，滑动变形量及滑动速率。由于滑坡问题的复杂性，工程分析往往需要几项甚至所有这些参数。传统的滑坡监测往往将几种监测手段结合起来应用，测斜仪是最常用的滑坡长期监测手段，这种手段存在以下缺点：1 测试工作量大，每次只能测试一个孔位，自动化程度不高。2 远程操作十分困难。3 对具有危险性的边坡工程的监测，测试人员安全性无法保障。而在许多不稳定滑坡附近，往往存在一些重要的设旋，这就需要一种能够及时反馈滑坡运动信息的监测系统。因此，滑坡监测方法的研究与改进一直是项重要而意义深远的课题，这也是本文研究的重点。滑坡监测技术要进一步发展，要解决如下几点问题：1 如何提高监测方法的
11、自动化程度，改善监测方法的精确度，增强监测方法的实时性。2 如何提高监测手段的远程操控能力，能更好地利用目前先进的通讯手段及完善的通讯网络。浙江人学琐1 学位论文2 0 0 3陈贽3 如何使得监测工作更安全、更方便、更经济。1 2T D R 技术的研究背景时域反射法( T i m eD o m a i nR e f l e c t o m e t r y ，T D R ) 是一种远程遥感测试技术，产生于2 0 世纪3 0 年代，最初用于电力和电讯工业中电缆线路缺陷的定位和识别( R o h r i g ，1 9 3 1 ) 。在经研究发现T D R 技术能测定土壤含水量之后，它被广泛应用于农业
12、领域( T o p pa n dD a v i s ，1 9 8 5 ) ”1 。自2 0 世纪7 0 年代起，T D R 技术逐渐向岩土工程领域发展，主要在测定土体含水量、监测岩体和土体变形、滑坡稳定性及结构变形等方面得以应用，并以方便，安全，经济，数字化及远程控制等优点而受到广泛关注。雷达是T D R 系统的雏形，对雷达而言，由无线电发射机发射能量脉冲，通过测定能量在被测对象上反射的回波时间而对其进行定位。T D R 系统的工作原理与此类似，其本质可理解为一种闭合回路雷达( A n d r e w s ，1 9 9 4 ) 0 1 ，由信号发生器激发的电脉冲以电磁波的形式沿着同轴电缆传播，
13、如果脉冲遇到同轴电缆特性阻抗的变化，就有反射发生。同轴电缆特性阻抗的变化称为“电缆缺陷”，缺陷形式有其它电介质的侵入，同轴电缆变形甚至断裂等等。信号接收器获取经反射的脉冲信号，当传播速度以及发射脉冲与反射脉冲的时间间隔确定时，将接收信号与发射信号相比较，便可确定缺陷的类型，缺陷的位置及程度( S u ，1 9 8 7 ) “1 。T D R 技术在过去的2 0 年中有了很大的发展，已经成为了测定土体含水量及监测岩体或土体相对位移的一种很有应用价值的手段。含水量是土体的一项重要指标，因此准确、快速地测定土体含水量具有重要的意义。土是由土颗粒、水和空气三相组成的混合物，在电磁场的作用下，介质会发生
14、极化现象，介质极化后在介质内部产生一个极化电场，这个电场的方向与外加电磁场的方向相反，大小与介质的极化程度、物质成分和物理状态有关，具体来说极化电场与介质的介电常数、电导率和磁导率有关。因为这个逆电场的存浙江人学倾i 。学位论义2 0 0 3陈赞在，电磁波通过介质后的强度和相位都会发生改变。介电常数是综合反映电介质极化行为的宏观物理量。介质在电场作用下的极化能力愈强，其介电常数值则愈大。目前计算土体电介质介电常数的模型分为两大类，扩散模型( D eL o o r 1 9 6 8 )”3 和体积混合模型( BJ r c h a k ，1 9 7 4 ；W o b s c h a l l ，1 9
15、 7 7 ”1 ；W a n ge t a 1 ，1 9 8 0 t ”：H e i m o v a a r a ，1 9 9 4 。3 ) 。其中扩散模型是根据分子极化和扩散理论提出来的，是基于平面相聚合物在宿主媒介质中的扩散，强调的是扩散颗粒与其周围环境之间相互作用的微观效应。体积混合模型是基于平面电磁波在非均匀介质中的衰减理论提出来的。T D R 技术对土体含水量的测定是基于电磁法而发展起来的，通过分析电磁波在探头中的传播时间( 反映于T D R 反射波形中) 来确定被测土体的介电常数，再利用土体介电常数计算模型来确定土体含水量，具有方便、快速、准确、和自动化等优点。D a v i s
16、和C h u d o b i a k ( 1 9 7 5 ) “”首先将T D R 技术应用于测定土体含水量；T o p pe ta 1 ( 1 9 8 8 ) “o 通过试验建立了介质介电常数和体积含水量的经验公式，推动了T D R 技术在该领域的进一步发展；D a l t o ne ta 1 ( 1 9 8 4 ) 1 经过研究，成功地使用一个T D R 探头测定土体含水量和电导率；随后的研究将其推广到多探头T D R 量测系统，能进行自动化远程测量，并取得了成功( B a k e r 和A 1l m a r a s ，1 9 9 0 ：H e i m o v a a r a 和B o u t e n ，1 9 9 0 ：H e r k e r l r a t he l ：a 1 1 9 9 1 ) 。另一方面，2 0 世纪7 0 年代末开始，T D R 技术逐渐在监测岩体和土体运动的领域得以应用。T D R 滑坡监测系统由电脉冲信号发生器，传输线( 同轴电缆) ，信号接收器三部分组成，其传播原理如图1 1 所
