復(fù)雜地質(zhì)邊坡光纖監(jiān)測系統(tǒng)安裝技術(shù)一、復(fù)雜地質(zhì)邊坡的特殊性與監(jiān)測需求復(fù)雜地質(zhì)邊坡通常指存在巖性多變、結(jié)構(gòu)面發(fā)育、地下水活躍、應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜等特征的邊坡，常見于山區(qū)公路、鐵路、水利樞紐、礦山開采等工程場景。這類邊坡的失穩(wěn)往往具有突發(fā)性和災(zāi)難性，傳統(tǒng)的人工巡檢、全站儀測量等方法存在覆蓋范圍有限、數(shù)據(jù)連續(xù)性差、預(yù)警滯后等缺陷。光纖監(jiān)測系統(tǒng)憑借其分布式、長距離、抗電磁干擾、高靈敏度等優(yōu)勢，成為復(fù)雜地質(zhì)邊坡安全監(jiān)測的核心技術(shù)手段。其核心需求在于實現(xiàn)對邊坡內(nèi)部位移、應(yīng)變、溫度、滲壓等多參數(shù)的實時、連續(xù)監(jiān)測，為滑坡預(yù)警提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支撐。（一）復(fù)雜地質(zhì)邊坡的典型特征巖性組合復(fù)雜常由軟巖（如泥巖、頁巖）與硬巖（如花崗巖、石灰?guī)r）交替分布，或存在松散堆積體（如殘坡積土、碎石土），導(dǎo)致力學(xué)性質(zhì)差異顯著，易形成滑動面。結(jié)構(gòu)面發(fā)育節(jié)理、裂隙、斷層等結(jié)構(gòu)面縱橫交錯，破壞巖體完整性，降低抗剪強度，是邊坡失穩(wěn)的主要控制因素。地下水作用顯著地下水的滲透會軟化巖土體、產(chǎn)生動水壓力，甚至引發(fā)管涌、潛蝕，加速邊坡變形。應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜受工程開挖、爆破、地震等外部荷載影響，邊坡內(nèi)部應(yīng)力重新分布，易觸發(fā)應(yīng)力集中區(qū)的變形或破壞。（二）光纖監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢與傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)相比，光纖監(jiān)測系統(tǒng)的核心優(yōu)勢如下表所示：監(jiān)測技術(shù)覆蓋范圍數(shù)據(jù)連續(xù)性抗干擾能力靈敏度適用場景人工巡檢局部點間斷性受環(huán)境影響大低（依賴經(jīng)驗）輔助定性判斷全站儀測量離散點周期性受天氣影響大中（毫米級位移）邊坡表面位移監(jiān)測GPS監(jiān)測離散點準(zhǔn)實時受遮擋影響大中（厘米級位移）大范圍邊坡表面位移監(jiān)測光纖監(jiān)測系統(tǒng)分布式/準(zhǔn)分布式連續(xù)實時抗電磁/腐蝕高（微應(yīng)變級）邊坡內(nèi)部位移、應(yīng)變、滲壓監(jiān)測二、光纖監(jiān)測系統(tǒng)的核心技術(shù)選型根據(jù)監(jiān)測參數(shù)和技術(shù)原理，復(fù)雜地質(zhì)邊坡常用的光纖監(jiān)測技術(shù)主要分為三類：分布式光纖傳感（DAS/DTS）、準(zhǔn)分布式光纖傳感（FBG）、光纖滲壓監(jiān)測。不同技術(shù)的適用場景與安裝方式差異顯著，需根據(jù)邊坡特征和監(jiān)測目標(biāo)精準(zhǔn)選型。（一）分布式光纖傳感技術(shù)（DAS/DTS）分布式聲波傳感（DAS）：通過檢測光纖中瑞利散射光的相位變化，實現(xiàn)對邊坡內(nèi)部微振動、破裂聲發(fā)射的監(jiān)測，可捕捉巖體開裂、滑動的早期信號。分布式溫度傳感（DTS）：基于拉曼散射光的溫度敏感性，測量光纖沿線的溫度分布，間接反映地下水滲流路徑（滲流會導(dǎo)致局部溫度異常）。適用場景：長距離邊坡（如公路邊坡、礦山邊坡）的大范圍變形趨勢監(jiān)測，或地下水滲流路徑探測。（二）準(zhǔn)分布式光纖光柵傳感技術(shù)（FBG）光纖光柵（FBG）通過在光纖芯層寫入周期性折射率調(diào)制結(jié)構(gòu)，當(dāng)外界物理量（位移、應(yīng)變、溫度）變化時，光柵的中心反射波長發(fā)生偏移，通過解調(diào)儀可精準(zhǔn)獲取參數(shù)值。根據(jù)監(jiān)測目標(biāo)可分為：FBG應(yīng)變計：監(jiān)測邊坡巖體或錨桿的應(yīng)變變化，識別應(yīng)力集中區(qū)；FBG位移計：通過傳遞桿連接滑動面，測量相對位移；FBG滲壓計：封裝于透水石中，監(jiān)測地下水壓力變化。適用場景：關(guān)鍵區(qū)域（如滑動面、錨桿錨固段）的定點高精度監(jiān)測，可實現(xiàn)多參數(shù)同步采集。（三）光纖滲壓監(jiān)測技術(shù)基于光纖法珀干涉（FPI）或光纖光柵（FBG）原理，將傳感器探頭置于邊坡滲流通道（如裂隙、排水溝），通過監(jiān)測液體壓力變化反映滲流量。其優(yōu)勢在于全光纖結(jié)構(gòu)、耐腐蝕性強，適合復(fù)雜地下水環(huán)境。三、安裝前的前期準(zhǔn)備工作光纖監(jiān)測系統(tǒng)的安裝質(zhì)量直接決定數(shù)據(jù)可靠性，前期需完成現(xiàn)場勘察、方案設(shè)計、設(shè)備選型與標(biāo)定三大核心環(huán)節(jié)，確保安裝方案與邊坡地質(zhì)條件匹配。（一）現(xiàn)場地質(zhì)勘察與監(jiān)測點布設(shè)地質(zhì)勘察核心內(nèi)容通過鉆探、物探（如地震折射、地質(zhì)雷達(dá)）確定邊坡的巖土層分布、滑動面位置（通常位于軟巖與硬巖接觸面或松散體底部）、地下水水位及滲流方向；結(jié)合數(shù)值模擬（如FLAC3D、GeoStudio）分析邊坡應(yīng)力集中區(qū)和潛在變形區(qū)域，明確監(jiān)測重點。監(jiān)測點布設(shè)原則代表性：優(yōu)先布設(shè)在滑動面上方、結(jié)構(gòu)面交匯處、地下水出口等關(guān)鍵位置；全覆蓋：分布式光纖沿邊坡走向或深度方向布置，F(xiàn)BG傳感器按“網(wǎng)格狀”或“剖面狀”布設(shè)，確保覆蓋邊坡關(guān)鍵區(qū)域；可維護(hù)性：避開落石、水流沖刷等危險區(qū)域，便于后期設(shè)備檢修。示例：某山區(qū)公路邊坡（高50m，巖性為泥巖與花崗巖互層）的監(jiān)測點布設(shè)：沿邊坡走向布設(shè)2條分布式光纖（DAS/DTS），長度各100m；在潛在滑動面（埋深15~20m）處布設(shè)3組FBG位移計，每組含2個傳感器（分別監(jiān)測水平與垂直位移）；在邊坡底部排水溝布設(shè)4個光纖滲壓計，監(jiān)測地下水壓力變化。（二）設(shè)備選型與標(biāo)定設(shè)備選型依據(jù)量程：根據(jù)邊坡預(yù)計變形量選擇（如FBG位移計量程通常為0~500mm，應(yīng)變計量程為-2000~+2000με）；精度：位移監(jiān)測精度需達(dá)到0.1mm，應(yīng)變精度達(dá)到1με，溫度精度達(dá)到0.1℃；環(huán)境適應(yīng)性：傳感器需具備防水（IP68級）、耐溫（-20~80℃）、抗腐蝕能力，適應(yīng)邊坡潮濕、酸堿環(huán)境。設(shè)備標(biāo)定所有傳感器需在實驗室完成靜態(tài)標(biāo)定（如應(yīng)變計通過萬能試驗機(jī)加載標(biāo)定，位移計通過位移平臺標(biāo)定），獲取波長-物理量校準(zhǔn)曲線；分布式光纖需進(jìn)行長度標(biāo)定，確保定位精度（DAS定位精度通?！?m，DTS≤0.5m）。（三）安裝材料與工具準(zhǔn)備核心材料：光纖傳感器（FBG應(yīng)變計/位移計、分布式光纖）、解調(diào)儀（如FBG解調(diào)儀、DAS主機(jī)）、傳輸光纜（單模/多模光纖）、保護(hù)套管（PE管、不銹鋼管）、錨固劑（環(huán)氧樹脂、水泥砂漿）、透水石（滲壓計專用）；專用工具：鉆孔機(jī)（地質(zhì)鉆機(jī)、錨桿鉆機(jī)）、光纖熔接機(jī)、OTDR（光時域反射儀，用于檢測光纖通斷）、萬用表、注漿泵；安全設(shè)備：安全帽、安全帶、防毒面具（注漿時使用）、防雨棚（避免設(shè)備淋雨）。四、光纖監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)場安裝技術(shù)現(xiàn)場安裝需根據(jù)傳感器類型和邊坡地質(zhì)條件，選擇鉆孔埋設(shè)法、表面粘貼法、錨桿一體化法等工藝，核心目標(biāo)是確保傳感器與巖土體“同步變形”，避免虛假數(shù)據(jù)。（一）分布式光纖（DAS/DTS）的安裝工藝分布式光纖需沿邊坡連續(xù)布設(shè)，常見安裝方式有兩種：1.鉆孔埋設(shè)法（適用于深層監(jiān)測）步驟1：鉆孔使用地質(zhì)鉆機(jī)鉆取φ100~150mm的鉆孔，深度需穿透潛在滑動面（通常比滑動面深5~10m），鉆孔傾角與邊坡坡角一致或垂直。步驟2：光纖布設(shè)將分布式光纖穿入PE保護(hù)管（管徑φ20~30mm），管內(nèi)填充黃油或環(huán)氧樹脂，增強抗拉伸和防水性能；將保護(hù)管緩慢放入鉆孔，確保光纖無扭曲、擠壓。步驟3：注漿錨固采用水泥砂漿（水灰比0.5~0.6）或環(huán)氧樹脂從孔底向上注漿，注漿壓力控制在0.2~0.5MPa，確保漿液填滿鉆孔與保護(hù)管之間的空隙，使光纖與巖土體緊密耦合。步驟4：終端處理光纖末端預(yù)留5~10m余量，盤繞后放入防水接線盒，通過傳輸光纜連接至解調(diào)儀。2.表面溝槽埋設(shè)法（適用于淺層監(jiān)測）在邊坡表面開挖寬10cm、深15cm的溝槽，溝槽走向與邊坡走向平行或垂直；將光纖放入溝槽，覆蓋一層細(xì)砂（厚度5cm），再用水泥砂漿回填壓實；光纖兩端引出至路邊的監(jiān)測箱，確保表面無機(jī)械損傷。（二）FBG傳感器的安裝工藝FBG傳感器為定點監(jiān)測，安裝方式需根據(jù)監(jiān)測目標(biāo)定制：1.FBG應(yīng)變計的安裝巖體表面安裝：打磨巖體表面至平整（面積≥10cm×10cm），用環(huán)氧樹脂膠將應(yīng)變計粘貼于表面，粘貼層厚度≤2mm，確保應(yīng)變計與巖體緊密接觸；待膠水固化后（通常24h），用保護(hù)罩覆蓋傳感器，防止碰撞或雨水侵蝕。巖體內(nèi)部安裝：在鉆孔內(nèi)預(yù)設(shè)φ50mm的PVC套管，將應(yīng)變計固定于套管內(nèi)壁的彈性支架上，使應(yīng)變計軸線與鉆孔軸線平行；向套管與鉆孔之間注漿錨固，確保應(yīng)變計能捕捉巖體內(nèi)部應(yīng)變。2.FBG位移計的安裝針對邊坡滑動面監(jiān)測，采用雙孔法安裝：鉆取兩個平行鉆孔（間距50~100cm），深度分別為滑動面上方2m和滑動面下方2m；將位移計的固定端（含F(xiàn)BG光柵）安裝于下孔底部（穩(wěn)定巖體），活動端（傳遞桿）穿過滑動面連接至上孔頂部（變形巖體）；鉆孔內(nèi)注漿錨固，確保固定端與穩(wěn)定巖體同步，活動端隨變形巖體移動，通過光柵波長偏移計算相對位移。3.FBG滲壓計的安裝選擇邊坡地下水活躍區(qū)域（如裂隙出口、排水溝底部）鉆取φ80mm的鉆孔，深度至地下水位以下1~2m；在滲壓計探頭外包裹透水石（過濾泥沙），用土工布包裹后放入鉆孔底部；鉆孔內(nèi)填充礫石（粒徑5~10mm）至地下水位以上2m，再用膨潤土球止水，防止地表水滲入影響測量精度；傳感器線纜引出至地面，連接至解調(diào)儀。（三）傳輸光纜與解調(diào)儀的安裝傳輸光纜鋪設(shè)采用鎧裝光纜（增強抗拉伸和防鼠咬能力），沿邊坡坡腳或?qū)Ｓ秒娎|溝鋪設(shè)，每隔5m用卡扣固定；光纜接頭處使用熔接機(jī)熔接，熔接損耗≤0.1dB，熔接后放入防水接線盒，填充密封膠；用OTDR檢測光纜通斷，確保全程光功率損耗≤3dB（單模光纖）。解調(diào)儀安裝解調(diào)儀需安裝在防水、防塵、通風(fēng)的監(jiān)測箱內(nèi)，監(jiān)測箱位置選擇在邊坡附近的平整場地（如公路護(hù)欄旁、山頂平臺）；解調(diào)儀通過電源線連接至市電或太陽能供電系統(tǒng)（山區(qū)無市電時），確保24小時連續(xù)供電；解調(diào)儀與傳感器之間的光纜連接需牢固，避免松動導(dǎo)致數(shù)據(jù)中斷。五、安裝后的系統(tǒng)調(diào)試與質(zhì)量控制安裝完成后需進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試、現(xiàn)場標(biāo)定、數(shù)據(jù)驗證，確保監(jiān)測系統(tǒng)穩(wěn)定運行，數(shù)據(jù)真實可靠。（一）系統(tǒng)調(diào)試硬件調(diào)試檢查解調(diào)儀的電源、通信接口（如以太網(wǎng)、4G）是否正常，設(shè)置采樣頻率（通常為1~10Hz，根據(jù)監(jiān)測需求調(diào)整）；逐一檢測傳感器的連接狀態(tài)，確保每個FBG傳感器的反射波長在解調(diào)儀的測量范圍內(nèi)（通常1525~1565nm）；對分布式光纖進(jìn)行光功率測試，確保末端光功率≥-20dBm（DAS系統(tǒng)要求）。軟件調(diào)試安裝監(jiān)測軟件（如光纖傳感數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)），配置傳感器參數(shù)（如量程、標(biāo)定系數(shù)）；測試數(shù)據(jù)采集功能，確保實時數(shù)據(jù)能正常顯示、存儲（數(shù)據(jù)存儲周期通常為1分鐘~1小時）；設(shè)置預(yù)警閾值（如應(yīng)變突變≥50με、位移日變化≥2mm），測試聲光預(yù)警功能是否正常。（二）現(xiàn)場標(biāo)定與數(shù)據(jù)驗證現(xiàn)場標(biāo)定對FBG應(yīng)變計進(jìn)行加載標(biāo)定：用千斤頂對巖體表面施加已知荷載，記錄應(yīng)變計的波長變化，與理論應(yīng)變值對比，修正標(biāo)定系數(shù)；對FBG位移計進(jìn)行位移標(biāo)定：用手動位移平臺對傳遞桿施加已知位移，驗證波長偏移與位移的線性關(guān)系。數(shù)據(jù)驗證與傳統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)對比：將光纖監(jiān)測的位移數(shù)據(jù)與全站儀測量結(jié)果對比，誤差應(yīng)≤5%；環(huán)境干擾測試：模擬降雨（用灑水壺對邊坡噴水），觀察滲壓計數(shù)據(jù)是否出現(xiàn)異常波動（正常情況下滲壓會隨降雨上升），驗證傳感器對實際工況的響應(yīng)能力。（三）質(zhì)量控制要點耦合質(zhì)量：確保傳感器與巖土體緊密耦合，避免“脫粘”導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真（如應(yīng)變計粘貼后需用手按壓10分鐘，確保膠水充分接觸）；防水性能：所有接頭、接線盒需進(jìn)行防水處理（如纏繞防水膠帶、填充密封膠），避免雨水滲入導(dǎo)致傳感器損壞；機(jī)械保護(hù)：傳感器線纜需用波紋管包裹，避免被落石、施工機(jī)械碾壓損壞；數(shù)據(jù)連續(xù)性：調(diào)試完成后需連續(xù)運行72小時，確保數(shù)據(jù)無中斷、無異常跳變。六、安裝后的維護(hù)與管理復(fù)雜地質(zhì)邊坡的監(jiān)測周期通常為數(shù)年甚至數(shù)十年，后期維護(hù)是確保系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。（一）日常維護(hù)定期巡檢：每周對監(jiān)測箱、傳感器保護(hù)罩進(jìn)行檢查，清理表面的泥沙、雜草，確保無機(jī)械損傷；設(shè)備清潔：每月用酒精擦拭解調(diào)儀的散熱孔、光纖接頭，防止灰塵堆積導(dǎo)致設(shè)備故障；電源檢查：每季度檢查太陽能電池板的清潔度（山區(qū)易積灰）、蓄電池的電壓（確保電壓≥12V），及時更換老化電池。（二）數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)備份：每日自動備份監(jiān)測數(shù)據(jù)至云端服務(wù)器，避免本地存儲設(shè)備損壞導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失；數(shù)據(jù)分析：每周對數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢分析，繪制位移-時間曲線、應(yīng)變-深度曲線，識別異常變化（如位移加速增長、應(yīng)變突變）；報告編制：每月編制監(jiān)測報告，內(nèi)容包括監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計、邊坡穩(wěn)定性評價、預(yù)警建議等，提交給工程管理方。（三）常見故障處理故障現(xiàn)象可能原因處理方法數(shù)據(jù)中斷光纜斷裂、電源故障用OTDR定位光纜斷裂點，重新熔接；檢查電源線連接，更換損壞的電源適配器數(shù)據(jù)跳變異常傳感器脫粘、接頭松動重新粘貼應(yīng)變計或注漿加固；檢查光纖接頭，重新連接并密封靈敏度下降傳感器老化、光纜損耗增大更換老化的傳感器；清理光纜接頭的灰塵，必要時更換傳輸光纜預(yù)警誤報閾值設(shè)置不合理、環(huán)境干擾根據(jù)實際數(shù)據(jù)調(diào)整預(yù)警閾值；增加濾波算法，剔除降雨、溫度變化等環(huán)境干擾信號七、工程應(yīng)用案例（一）某山區(qū)公路邊坡監(jiān)測工程邊坡特征：高35m，巖性為泥巖與砂巖互層，存在2條潛在滑動面（埋深10m和20m），地下水豐富。監(jiān)測系統(tǒng)選型：采用“分布式DAS光纖+FBG位移計+FBG滲壓計”組合方案，布設(shè)2條DAS光纖（每條長度500m）覆蓋邊坡全段，在滑動面位置布設(shè)6組FBG位移計，在排水溝布設(shè)3個FBG滲壓計。安裝效果：系統(tǒng)運行2年后，成功捕捉到一次小規(guī)模滑坡前兆——滑動面處的FBG位移計日變化量從1mm突增至5mm，DAS系統(tǒng)監(jiān)測到巖體破裂的聲發(fā)射信號，提前72小時發(fā)出預(yù)警，避免了人員傷亡。（二）某水利樞紐邊坡監(jiān)測工程邊坡特征：高80m，為花崗巖殘坡積土邊坡，受水庫水位漲落影響，邊坡穩(wěn)定性敏感。監(jiān)測系統(tǒng)選型：采用“分布式DTS光纖+FBG應(yīng)變計”方案，DTS光纖沿邊坡深度方向布設(shè)（深度50m），監(jiān)測地下水滲流路徑；在錨桿錨固段布設(shè)10個FBG應(yīng)變計，監(jiān)測錨桿受力狀態(tài)。安裝效果：通過DTS光纖發(fā)現(xiàn)水庫水位上升時，邊坡內(nèi)部20m深處存在溫度異常區(qū)（滲流導(dǎo)致溫度降低2℃），據(jù)此調(diào)整了排水方案；FBG應(yīng)變計數(shù)據(jù)顯示，部分錨桿的應(yīng)變超過設(shè)計值（≥1000με），及時進(jìn)行了錨桿加固，確保了邊坡安全。八、技術(shù)發(fā)展趨勢隨著光纖傳感技術(shù)的迭代，復(fù)雜地質(zhì)邊坡監(jiān)測系統(tǒng)的安裝技術(shù)正朝著智能化、集成化、輕量化方向發(fā)展：智能化安裝：采用無人機(jī)輔助布設(shè)分布式光纖，解決高陡邊坡的安裝難題；開發(fā)傳感器自動標(biāo)定系統(tǒng)，減少人工干預(yù)；多參數(shù)集成