基于TDR技術的邊坡自動化監測系統的應用分析

彭小平

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司)

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基于TDR技術的邊坡自動化監測系統的應用分析

彭小平

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司)

在高速公路工程的建設過程中，做好邊坡監測工作具有重要意義，是保證邊坡穩定、公路運行安全的基礎。主要結合晴隆滑坡，分析了基于TDR技術的邊坡自動化監測系統的應用。

晴隆滑坡；TDR技術；邊坡自動化監測系統

1 TDR系統概述

1.1 TDR系統原理

TDR是時域反射法的簡稱，它是一種遠程電子測量技術。一個完整的TDR滑坡監測系統一般由TDR同軸電纜、電纜測試儀、數據記錄儀、遠程通訊設備以及數據分析軟件等幾部分組成。

在使用TDR系統進行滑坡監測時，首先需要在滑坡的某個位置鉆孔，并將TDR同軸電纜安放在鉆孔中。然后，將TDR電纜與電纜測試儀相連。電纜測試儀作為信號源，發出步進的電壓脈沖通過電纜進行傳輸，同時反映從電纜中反射回來的脈沖信號。數據記錄儀連接到電纜測試儀之上，它對電纜測試儀起控制作用，記錄和存儲從電纜中反射回來的脈沖供以后分析。此外，數據記錄儀還可連接遠程通訊設備如移動電話或是短波無線電裝置等，將收集的數據發送到遠處。TDR系統中還可配備多路復用器，以對多點進行同時監測。

1.2 TDR系統優點

TDR系統與傾斜儀等傳統監測儀器相比有很多優點：(1)價格低廉。與昂貴的傾斜儀外殼相比，TDR電纜的價格優勢十分明顯。(2)檢測時間短。可以在不到5 min時間內了解TDR電纜的信號狀況，而讀出一個傾斜儀的數據則需要0.5～1 h的時間。(3)可遠程訪問。TDR系統可以與數據記錄器、普通電話或便攜式電話相連，從而方便地實現遙測。(4)數據提供快捷。TDR不需要先將數據從讀數顯示箱下載到計算機內，然后再繪制出結果。電纜測試儀的屏幕可以直接顯示電纜的信號。(5)安全性高。使用TDR，技術人員不再需要冒著滑坡和巖崩的危險親臨不穩定的滑坡進行數據采集。

2 基于TDR技術的邊坡自動化監測系統的應用

2.1 主要監測儀器

晴隆滑坡監測要求設計邊坡監測系統可以實現邊坡監測自動化，可以接入TDR、孔隙水壓力計、固定式測斜儀、雨量計等獲取邊坡監測的重要參數。主要儀器包括有：

(1)測斜儀及傾斜計

對于一個處于滑移狀態的邊坡，用傾斜計監測可以確定滑移方向、圈定變形區域，而且多數情況下可以判定滑移的力學機理。

傾斜計和測斜儀聯合使用，構成一個適合多數邊坡和結構穩定性調查的有效方法。在初期評估監測現場的滑移時，可以根據傾斜計的成果確定是否需要測斜儀、使用測斜儀測試的次數多寡，以及測斜鉆孔位置的分布等。從另一方面來看，測斜儀可以探測邊坡滑移三維幾何參數。

(2)固定式測斜儀和TDR

TDR時域反射儀，是一種新型而便宜的監測地表下沿著剪切面的移動變形的方法。它每200微秒給測試電纜激發一次超速脈沖電壓，在遇到斷裂的地方阻抗特性發生變化，于是脈沖被反射回到電纜測試儀，而在電纜特性曲線上顯示為一個峰值，如圖1所示。每一個獨立的反射分別確定一個對應的斷裂位置。

在垂直的鉆孔中使用TDR，其安裝費用比安裝通常的測斜管要便宜。TDR自身只能指出發生移動的深度位置和相對位移大小。但是，TDR與其它儀器配合使用，可以得出地下條件的更多信息。比如TDR、固定式測斜儀和孔隙水壓力計在同一鉆孔中的聯合作用。

圖1 TDR測試電纜特性曲線

2.2 邊坡自動監測系統的實現

晴隆滑坡自動監測系統主要由四種傳感器組成，分別是：(1)TDR同軸電纜；(2)固定式測斜儀；(3)滲壓計；(4)雨量計。這四種傳感器的輸出信號類型，見表1。

表1 自動測試儀器的輸出信號類型

用于傳感器管理、數據存儲、數據傳輸的儀器有數據存儲儀與MODEM，主要用來管理、存儲和發送四種傳感器的數據。數據存儲儀與計算機之間，經過GSM，用MODEM進行無線連接，即可實現數據通信，監測數據就可以遠距離傳輸到數據處理中心，即計算機中。另外還有下載數據軟件和

數據處理軟件，用來存儲、計算、圖形化所有監測數據。該系統設計的邏輯結構見圖2，監測系統的構成見表2。

可在邊坡上設置一小工房，將TDR測試儀、數據存儲儀、MODEM等存放在里面，采用220 V交流電作為電源，雨量計則可以固定在房子屋面。

邊坡自動化監測系統的優點集中表現在：①可按項目要求設置采樣率，實現24 h連續觀測；②克服了人工讀數誤差，避免混淆數據而導致錯誤結論，極大地提高了測試精度；③如果邊坡滑移超過警戒限值，系統可實現報警；④系統可以通過串行接口直接與計算機連接進行數據配置和下載，也可以通過電話、無線電來實現數據遠程傳輸。

表2 邊坡自動監測系統儀器及軟件

圖2 自動監測系統協同邏輯關系結構圖

2.3 TDR監測成果分析

用PCTDR軟件收集TDR監測數據，然后用TDRPlot軟件對TDR監測數據進行自動分析，得到TDR測試電纜相對反射系數隨孔深的變化情況，見圖3、圖4。

圖3、圖4中的尖峰信號所對應的深度即為滑面所處位置，從中可以看出，CXK6滑面位置在11.5 m，與人工深部位移監測得到的結果吻合。

CXK4-1的TDR波形顯示，SYV-75-5型同軸電纜在15 m處出現短路信號，SYWV-75-7型同軸電纜在23 m處出現一弱尖峰信號，SYWV-75-9型同軸電纜在23 m處出現短路信號，結合人工測斜結果，可以判斷滑面位置在23 m

處。總的來說，TDR測試技術實現了更快速、更精準地確定潛在滑面位置。

圖3 CXK4-1監測孔TDR監測波形

圖4 CXK6監測孔TDR監測波形

3 結 語

綜上所述，TDR系統是進行邊坡監測的一個新技術，其具有成本低、監測時間短、安全性高等優點。但是，由于我國TDR邊坡監測技術還處于起步階段，其發展還需大量的試驗和實踐應用研究來豐富。

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[2] 佘小年,翟錚,傅鶴林.邊坡實時監測系統研究[J].湖南交通科技,2009,(4):37-39.

[3] 武博強,張衛東,楊永健.幾種常用的邊坡深部水平位移監測技術分析[J].山西建筑,2014,(19):53-54.

2015-01-07

U416.1

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1008-3383(2015)09-0023-02