天然氣長(zhǎng)輸管線滑坡監(jiān)測(cè)的新技術(shù)探析33頁(yè)課件

1、天然氣長(zhǎng)輸管線滑坡監(jiān)測(cè)的新技術(shù)探析 1、江西地質(zhì)概貌 2、傳統(tǒng)巡查滑坡方式 3、新技術(shù)在管道滑坡檢測(cè)中的運(yùn)用 4、總結(jié)1、江西地質(zhì)概貌 江西省地貌以山地、丘陵為主。 省境邊緣山 環(huán)繞， 峰嶺交錯(cuò)；中南部丘陵起伏，紅巖遍布； 北部為鄱陽(yáng)湖及其濱湖平原。境內(nèi)河流、湖泊 遍布，雨水充沛加劇了滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。 公司的天然氣管線分布地帶多有發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的潛在危險(xiǎn)，由其管線里傳輸介質(zhì)的特殊性，對(duì)我們檢測(cè)、預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害，確保管道安全提出了更高的要求。2.傳統(tǒng)巡查滑坡方式 傳統(tǒng)巡查是通過(guò)人工直接觀測(cè)邊坡中地表裂縫、鼓脹、沉降、坍塌、建筑物變形及地下水變化、低溫變化等現(xiàn)象。然而這種方式不能夠及時(shí)了

2、解坡體內(nèi)部變化情況，在強(qiáng)降雨或地震發(fā)生后只有通過(guò)加大對(duì)管道周邊的巡查力度才能才能確保管道的安全。然而地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的不可預(yù)見(jiàn)性，使我們對(duì)怎樣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道周邊破體情況，確保管道正常運(yùn)行提出了思考。 3.新技術(shù)在管道滑坡檢測(cè)中的運(yùn)用3.1TDR 技術(shù)在長(zhǎng)輸管道滑坡監(jiān)測(cè)中的研究 時(shí)間域反射測(cè)試技術(shù)（Time Domain Reflectometry）簡(jiǎn)稱(chēng) TDR，是一種電子測(cè)量技術(shù)，許多年來(lái)，一直被用于各種物體形態(tài)特征的測(cè)量和空間定位。上世紀(jì)三十年代，美國(guó)的研究人員開(kāi)始運(yùn)用時(shí)間域反射測(cè)試技術(shù)檢測(cè)通訊電纜的通斷情況。到九十年代中期，研究人員將時(shí)間域反射測(cè)試技術(shù)開(kāi)始用于滑坡等地質(zhì)災(zāi)害變形監(jiān)測(cè)的研究，針對(duì)巖

3、石和土體滑坡曾經(jīng)作過(guò)許多的試驗(yàn)研究。在國(guó)外，TDR 技術(shù)的應(yīng)用研究已經(jīng)引起研究人員的廣泛關(guān)注和政府部門(mén)的極大重視；國(guó)內(nèi)在這方面的研究工作尚屬于起步階段。3.1.1TDR 的原理 在 TDR 中，一個(gè)脈沖波（快速的階躍信號(hào)）被發(fā)射入同軸電纜（如右圖），脈沖信號(hào)在同軸電纜中傳播的過(guò)程中，能夠反映同軸電纜的阻抗特性。電纜的特性阻抗是電纜固有的屬性， 它取決于電纜內(nèi)部的介質(zhì)以及電纜的直徑等因素。當(dāng)電纜發(fā)生扭絞、拉長(zhǎng)、中斷等變形或者遇到像水之類(lèi)的外界物質(zhì)時(shí)，它的特性阻抗將發(fā)生變化。 當(dāng)測(cè)試脈沖遇到電纜的特性阻抗變化時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生反射波。對(duì)入射波與反射波進(jìn)行比較,根據(jù)二者的異常情況就可以判別同軸電纜的狀態(tài)（

4、斷路、短路以及變形等）。同軸電纜的狀態(tài)發(fā)生變化的位置確定： 如果 TDR 測(cè)試脈沖信號(hào)在測(cè)試電纜中的 傳播速度為 ，發(fā)射信號(hào)與反射信號(hào)的時(shí)間 間隔為 ，那么電纜至變形處的距離 d 可由 下式來(lái)表示 由此可以推斷出同軸電纜的狀態(tài)發(fā)生變化的位置。 變形情況的確定： 如果測(cè)試脈沖信號(hào)為 V1，反射信號(hào)為 V2，那么其反射系數(shù)為： =V2 / V1 根據(jù)線性傳輸理論,可以知道: 式中：Rt 變形后電纜的阻抗 R0 變形前電纜的阻抗 同時(shí)可以得出： 因此可以得出結(jié)論： 當(dāng)0 時(shí)，RtR0，表示電纜的特征阻抗與電纜末端等效阻抗相匹配，發(fā)射信號(hào)得到了很好的傳輸，沒(méi)有反射信號(hào)產(chǎn)生。 當(dāng)1 時(shí)，Rt ，表示電纜

5、末端處于開(kāi)路狀態(tài)，發(fā)射信號(hào)完全被反射 當(dāng)1 時(shí)，Rt0，表示電纜末端處于短路狀態(tài)，發(fā)射信號(hào)完全被吸收。 當(dāng)11（0）時(shí)，表示電纜發(fā)生變形，并且產(chǎn)生反射波信號(hào)。 這樣，通過(guò)測(cè)量反射系數(shù)，即測(cè)量反射信號(hào)的 振幅，就可以判定電纜變形量的大小。 對(duì)TDR波形的實(shí)驗(yàn)研究： （1）當(dāng)同軸電纜末端開(kāi)路時(shí)，反射系數(shù)波形在末端由0躍起至1000mp（1=1000m）如下圖所示： （2）當(dāng)同軸電纜末端短路時(shí)，反射系數(shù)波形在末端由0跌落起至-1000m 如下圖所示：同軸電纜在剪切變形時(shí)對(duì)TDR波形的影響：實(shí)驗(yàn)步驟： （1）同軸電纜剝離待剪切區(qū)域的防護(hù) 層，連接同軸電纜與TDR100測(cè)試儀， 電腦與測(cè)試儀用數(shù)據(jù)線連接

6、。 (2)逐步增加剪切位移，TDR波形在剪切 位置處出現(xiàn)一尖峰信號(hào)，當(dāng) 內(nèi)外導(dǎo) 體由于剪切作用而 接觸時(shí)，形成短 路，最終 在剪切位置形成一大幅值 的負(fù)值信號(hào)3.1.2T D R技術(shù)監(jiān)側(cè)滑坡的運(yùn)用 一個(gè)完整的TDR 滑坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，一般由TDR 同軸電纜、 電纜測(cè)試儀、 數(shù)據(jù)記錄儀、 遠(yuǎn)程通訊設(shè)備以及數(shù)據(jù)分析軟件等幾部分組成。 在使用TDR 系統(tǒng)進(jìn)行滑 坡監(jiān)測(cè)時(shí),首先根據(jù)需要在滑坡的某個(gè)位置鉆孔,并將 TDR同軸電纜安放在鉆孔中,然后,將TDR電纜與電纜測(cè)試儀相連。電纜測(cè)試儀作為信號(hào)源,發(fā)出步進(jìn)的電壓脈沖通過(guò)電纜進(jìn)行傳輸,同時(shí)反映從電纜中反射回來(lái)的脈沖信號(hào)。數(shù)據(jù)記錄儀連接到電纜測(cè)試儀之上,記錄和

7、存儲(chǔ)從電纜中反射回來(lái)的脈沖供以后分析。 在TDR 滑坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中,同軸電纜是直接與滑坡產(chǎn)生接觸的部分,可以將其看作一個(gè)傳感器。在安放好測(cè)試同軸電纜之后,滑坡體一旦產(chǎn)生滑移變形,其位移就會(huì)引起同軸電纜產(chǎn)生形變,電纜變形導(dǎo)致電纜阻抗特性的變化。這時(shí),安裝在地面上的TDR 滑坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)鉆孔內(nèi)同軸電纜的這種形變進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在監(jiān)測(cè)的過(guò)程中,首先向同軸電纜發(fā)射測(cè)試脈沖信號(hào),同時(shí),對(duì)反射信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)采集。 通過(guò)讀取電纜反射波形的數(shù)據(jù),產(chǎn)生相應(yīng)的尖峰脈沖反射信號(hào)的部位就是電纜變形較大的部位,由此可以監(jiān)測(cè)地層的移動(dòng)。 隨著反射波形的強(qiáng)度增加,可以預(yù)測(cè)某個(gè)區(qū)域的巖土體將發(fā)生破壞,實(shí)現(xiàn)對(duì)滑坡的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的目標(biāo)。3

8、.1.3工程實(shí)例 邊坡概況: 場(chǎng)區(qū)屬中低山河谷地貌,地形起伏較大,地勢(shì)陡 峻,植被茂密,以喬木林為主,地表覆蓋層厚度大。地質(zhì)條件十分復(fù)雜，包括沖溝、陡坎發(fā)育，場(chǎng)區(qū)構(gòu)造發(fā)育。右岸邊坡坡高103110m，坡向約120，地形高差約100m，坡度3057；左岸為緩坡，地表植被稀疏，坡度14-27。 地層巖性： 殘坡為混合土質(zhì)（粘土和碎石混合），層厚2.514.6m； 全風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，層厚1.73.2m； 強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖 ，層厚1.15.0m； 中等風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，據(jù)調(diào)查，該邊坡有蠕動(dòng)現(xiàn)象，蠕動(dòng)體為、層。TDR 監(jiān)測(cè)方案： 本次監(jiān)測(cè)在主滑剖面上一共布置了2個(gè)監(jiān)測(cè)鉆孔,鉆孔分別位于滑坡的前緣，中后緣,

9、基本上可控制滑剖面在空間上的變形特征,如圖下圖所示。 同軸電纜的具體實(shí)施步驟如下:(1) 首先對(duì)測(cè)試電纜底部進(jìn)行防水處理,先抹上橡皮泥,再用防水膠帶密封。(2) 在埋設(shè)過(guò)程中,將測(cè)試電纜綁沒(méi)有彎曲的迎著滑坡方向一面放下，直至鉆孔底部(穩(wěn)定層)。(3) 用水泥砂漿灌注，回填鉆孔,使測(cè)試電纜與周?chē)貙泳o密結(jié)合。(4) 灌注完畢后,將地面所留出的電纜盤(pán)在外面,以備監(jiān)測(cè)時(shí)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相連接;測(cè)試電纜留出5080 cm的長(zhǎng)度,并做好孔口保護(hù)裝置及測(cè)試平臺(tái)(1.5 m 1.5 m) 。各監(jiān)測(cè)孔深度及觀測(cè)深度如表1 所示： 1#孔TDR 監(jiān)測(cè)曲線分析： 從圖中可以看出, TDR 監(jiān)測(cè)曲線在孔口下近30m 深度

10、的位置出現(xiàn)了相對(duì)比較突出的變化點(diǎn)。這說(shuō)明了隨著時(shí)間的推移,邊坡在發(fā)生緩慢的位移，在近30m深處，剪切電纜使其在剪切面附近的阻抗發(fā)生變化,在反射曲線上出現(xiàn)了尖峰信號(hào),通過(guò)后期計(jì)算處理1#孔的滑面就在孔下29m 深度處。TDR檢測(cè)成果分析： 2#孔TDR 監(jiān)測(cè)曲線： 從圖中可以看出在13m與20m有比較突出的變化點(diǎn)，說(shuō)明了在這區(qū)間內(nèi)同軸電纜受到很強(qiáng)的擠壓。 通過(guò)后期計(jì)算處理以后能夠分辨出孔口下13.515.5m為一變化處,1818.5m和2021m 處有變化稍大段。 綜合分析，后緣1#孔的變形曲線滑帶上下比較“光滑” ,滑體中部2#孔的變形曲線滑帶呈“鋸齒”狀。這是由于對(duì)滑坡的治理工程施加在滑坡的

11、中前部,滑體后部滑帶變形未受到直接的阻止,滑帶上部和下部土體按原有的變形趨勢(shì)繼續(xù)向下推移,而滑坡中前部的滑帶變形受到較大的控制作用,但是滑坡整體仍然具有很大的變形趨勢(shì),后部滑體持續(xù)向前緣推擠,使得深部滑體向滑帶下部或滑帶上部擠壓,在中前部的坡體深部形成了擠壓帶,越靠近前緣,深部擠壓越強(qiáng)烈。3.2鉆孔側(cè)斜儀在滑坡監(jiān)測(cè)中的運(yùn)用 固定式鉆孔傾斜儀具有靈敏度高、 精度高的特點(diǎn), 并可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)連續(xù)采集, 是測(cè)定滑坡體沿滑帶產(chǎn)生的變形方向、 變形量、 變形速率,判斷滑體深部變形狀態(tài)的行之有效的監(jiān)測(cè)儀器之一。3.2.1組成和基本原理 測(cè)斜儀系統(tǒng)主要包括四部分: 1)測(cè)斜管、 2)探頭、 3)控制電纜

12、、 4)數(shù)字記錄器. 測(cè)斜儀的工作原理是量測(cè)儀器軸線與鉛垂線之間的夾角變化量 ,進(jìn)而計(jì)算出巖、土體不同高程處的水平位移。用適當(dāng)?shù)姆椒ㄔ趲r、土體內(nèi)埋設(shè)一垂直 ,并有 4個(gè)導(dǎo)槽的測(cè)斜管 ,當(dāng)測(cè)斜管受力發(fā)生變形時(shí) ,測(cè)斜儀便能逐段顯示變形后測(cè)斜管的軸線與垂直線的弧度偏移夾角i。按測(cè)點(diǎn)的分段長(zhǎng)度 ,分別求出不同的高程處的水平位移增量di ,即 di= Lsini 由測(cè)斜管底部測(cè)點(diǎn)開(kāi)始逐段累加 ,可得任一高程處的實(shí)際水 平位移 ,即 di為測(cè)量段內(nèi)的水平位移增量; L為測(cè)量點(diǎn)的分段長(zhǎng)度 ; i為測(cè)量段內(nèi)管軸線與鉛垂線的夾角; bi為自固定點(diǎn)的管底端以上 i點(diǎn)處的位移; n為測(cè)孔分段數(shù)目。 測(cè)斜儀的工作原

13、理如圖： 3.2.2應(yīng)用實(shí)例 向家溝滑坡位于巫山縣新城東部、大寧河西岸滑坡整體上為一沖溝地貌, 溝底縱坡坡角約 200 ，高程125 150m, 相對(duì)高差125m, 總體積近10 x 104m3。 向家溝滑坡監(jiān)測(cè)布置圖: 向家滑坡為深層堆積層滑坡, 滑動(dòng)面多為堆積層和基巖風(fēng)化層之接觸面, 部分為堆積體內(nèi)的軟弱夾層?；聟^(qū)位于強(qiáng)降水區(qū), 區(qū)內(nèi)大規(guī)模工程活動(dòng)使滑坡微地貌遭受了強(qiáng)烈改造, 滑坡體上大量建筑物的興建使滑坡荷載增大。庫(kù)水位升高后, 地下水活動(dòng)進(jìn)一步加強(qiáng),加之不合理的切坡削坡現(xiàn)象, 使得斜坡穩(wěn)定性降低,在多種不利條件組合影響下, 易發(fā)生滑動(dòng),目前該滑坡基本完成了工程治理。為了監(jiān)測(cè)滑坡蠕滑變

14、形階段的微小位移, 選擇高精度的固定式傾斜儀來(lái)監(jiān)測(cè)該滑坡的深部滑帶變形。 1# 、2# 、3# 探頭監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)位移矢量- 時(shí)間曲線如下圖 所示。3# 探頭的單位水平位移量明顯大于1#和2# 探頭的單位水平位移量, 說(shuō)明滑體主要沿滑動(dòng)帶頂面變形。 如上表所示的三個(gè)探頭累積位移量, 說(shuō)明滑帶部位的形變量較小, 表明固定式鉆孔傾斜儀對(duì)滑帶部位微變形的高靈敏度的捕捉能力。據(jù)監(jiān)測(cè)資料分析認(rèn)為目前滑坡處于緩慢蠕變階段,滑坡整體上處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。3.3用全球定位系統(tǒng)（GPS ）監(jiān)測(cè)滑坡 GPS 是一種應(yīng)用范圍廣泛的無(wú)線電導(dǎo)航、定時(shí)及定位系統(tǒng)。通過(guò)跟蹤GPS 衛(wèi)星連續(xù)不斷地傳送到全球的電磁波，系統(tǒng)可獲取天線位置（經(jīng)度、緯度、高程及三維坐標(biāo)）。這些年來(lái)，GPS 已廣泛用于大地測(cè)量與地質(zhì)調(diào)查中，來(lái)校正和完成傳統(tǒng)勘測(cè)方法。 用