基于次声波技术的滑坡监测预警系统研究

【摘要】：随着人类社会的快速发展，人类改造自然的能力得到很大程度的提高，步伐也在逐步的加快。经济的高速发展也为各国重大工程的开展提供了必不可少的经济基础，交通、国防事业及重大水利工程等项目的开展不可避免地会涉及到山地、边坡的开挖，此外，山区人民的日常活动也会破坏岩体固有的稳定性，由此所引发的滑坡、泥石流等次生灾害每年给全球人民造成的重大生命和财产损失。历史的惨痛教训和社会发展的迫切需求，迫切需要一种滑坡、泥石流等重大自然灾害的监测预警设备，能够实时监测和掌握崩滑体的演变过程细节，及时捕获崩滑灾害的特征信息，为崩塌滑坡体的正确评价分析、预防预报及工程治理等提供可靠研究资料和科学依据，为人们的生命和财产安全提供可靠保障。另外，监测结果也是检验崩塌滑坡分析评价及滑坡治理工程效果的尺度。通过监测可掌握崩塌、滑坡的变形特征及规律，预测预报崩滑体的边界条件、规模、滑动方向、失稳方式、发生时间及危害性,及时采取防灾措施,尽量避免和减轻灾害损失。 滑坡体临滑监测既是滑坡体临滑调查、研究和防治工程的重要组成部分，又是滑坡地质灾害预测预报信息获取的一种有效手段。通过监测可掌握滑坡、崩塌的变形特征及规律，预测预报滑坡体临滑的边界条件、规模、滑动方向、失稳方式、发生时间及危害性，及时采取防灾措施，尽量避免和减轻滑坡灾害损失。 本论文主要完成的研究工作和取得研究成果如下： 1、滑坡声波特性研究 对正在变形的典型滑坡体临滑的声波特性进行采集与探测，分析总结滑坡体不同变形阶段的声波信号的特性与规律，总结出滑坡体临滑阶段由于岩石断裂和摩擦产生的声波主要集中在次声波部分（2~15Hz）。 2、系统方案研究 通过系统方案设计研究，选择了能采集次声和声波的压力场传感器、设计了声波信息的采集和信号的处理电路、自动化监测预警系统方案，成功开发了地质灾害声波监测系统，完成了滑坡临滑声波的信息采集。 3、系统硬件、软件研究 通过系统硬件、软件设计研究，实现了： （1）滑坡临滑声波的信息采集 利用滑坡体临滑时岩石断裂和摩擦产生的声波信息进行滑坡监测，可以及时得到滑坡体临滑前期的先兆信息。滑坡临滑声波监测系统的传感器选定为丹麦BK公司的压力场声波传感器，其频率响应范围为0.1Hz~20kHz，灵敏度为12.5mV/Pa。 （2）声波信号的模拟和数字处理 本系统主要由信号采集部分和数据处理部分两个部分组成。信号采集将滑坡体临滑时岩石断裂和摩擦产生的声波信号采集并传输，数据处理部分对采集的信号进行谱分析以及有效信号提取，从而为滑坡声波特性以及分辨奠定基础。 （3）滑坡声波特性研究 对正在变形的典型滑坡的声波特性进行采集与探测，分析总结滑坡体不同变形阶段的声波信号的特性与规律 （4）滑坡临滑声波波形的预警模型的建立 针对滑坡实例中所采集到的各类型滑坡实例的声波信息，建立滑坡临滑状态预警模型，为滑坡灾害临滑自动预警设备的完善提供模型支持。