分布式光纤传感系统的应用领域

1. 分布式光纤传感系统的应用领域

应用领域： 电力行业 电力电缆的表面温度检测监控、事故点定位 电缆隧道、夹层的火情监测 发电厂和变电站的加的温度监测、故障点的检测和火灾报警 水利土木建筑行业 大坝、河堤的渗漏，桥梁及其他混凝土结构裂变的监测 大坝、河堤、桥梁的混凝土凝固与养护温度与应变监测 大型民用工程的结构健康监测 公路 、地铁隧道行业 隧道、地铁、公路的火灾监测和报警 石油天然气行业 石油、天然气输送管线或储罐泄漏监测 油库、油管、油罐的温度监测及故障点的检测分布光纤温度传感系统通过光纤对远处的一个空间各个点的温度进行实时测量，主要应用于油库、煤矿、军火库、地下商场、隧道、大中型变压器和电缆沟等的测温，并可通过监测温度变化达到温度报警。与传统测温方法比较，分布光纤温度传感系统可以在易燃、易爆的环境下同时测量几万个点，并可对每个温度测量点进行准确定位。

2. 基于GIS的大型工程分布式光纤传感监测系统研究

基金项目：国家杰出青年基金项目（40225006），国家教育部重点项目（010886），南京大学985工程项目。
索文斌　王宝军　施斌　刘杰
（南京大学地球科学系地球环境计算工程研究所，南京，210093）
【摘要】BOTDR是一种新型的分布式光纤传感监测技术，其分布式、高精度、长距离、实时性、远程控制等特点，已逐渐受到工程界的广泛关注。由于监测是分布式的，所以得到的数据与地理位置具有重要的相关性。结合工程实践中遇到的具体问题，研发了一套基于GIS的大型工程分布式光纤传感监测系统。本文重点论述系统的设计要求，包括设计目标、技术框架和特色功能。结合某隧道 BOTDR监测工程开发的一套相应的监测数据管理系统，实现了工程监测数据的采集与管理、监测结果的可视化、监测信息的对比查询等功能，是一套集智能化分析与决策化管理为一体的多功能管理系统。
【关键词】BOTDR　GIS　分布式光纤传感器　监测系统
1　引言
光纤传感技术以其良好的耐久性、抗腐蚀、抗电磁干扰，适合于在恶劣环境中长期工作等优点受到越来越多的工程建设者和科研人员的重视[～3]。BOTDR(Brillouin Optic Time-Domain Reflectometer）布理渊光时域反射计，作为新型的分布式传感技术，逐渐得到工程界的认可。日本、加拿大、瑞士等国已成功地将该技术应用到水坝、桩基、边坡、堤岸等工程的监测中[～3]。我国自2001年由南京大学地球环境计算工程研究所率先从日本引进该技术以来，开展了大量的室内外实验研究，并成功地完成了多个工程项目，取得了一系列重要的研究成果[4-7]。
在具体应用中，BOTDR所提供的监测结果存在诸如直观表现差、数据配准和空间定位困难、综合管理功能弱等方面的缺陷，未经过系统培训的工程技术人员，很难读懂 BOTDR的监测结果，后期成果处理也非常繁琐。本文针对大型工程分布式光纤传感监测领域存在的数据分析与管理中存在的不足，提出了一套比较切合工程实际的解决方案，并结合具体工程实例设计和开发了一套应用系统。实践表明，该系统可以很好地实现对监测数据的采集与管理、监测结果的可视化显示以及监测信息的对比查询等功能。
2　问题的提出
2.1 BOTDR的监测原理[1]
激光在光纤中传播时，光波与光声子相互作用即会产生布理渊散射光。当环境温度的变化量不大（T≤5°）时，布理渊光频率漂移量（vB）与光纤所受的应变量（ε）成正比，其关系式如下式所示：式中：υB（ε）表示光纤受到ε应变时的布理渊频率漂移量；υB(0）表示光纤不受应变时的布理渊频率漂移量； 为比例系数，约为0.5GHz；ε为光纤的实际应变量。

地质灾害调查与监测技术方法论文集

为了得到沿光纤分布的应变信息，只需测量沿光纤分布的布理渊频率漂移量的变化情况，沿光纤距离光源为Z长度的点可由下式求得：

地质灾害调查与监测技术方法论文集

式中：c为光速，n为光纤折射率，T为自激光发射与接收到布理渊散射光所经历的时间。
监测原理如图1所示。

图1　BOTDR的应变监测原理图

2.2 BOTDR在结果表现上存在的问题
在实际工程应用中，根据工程实际情况的不同，可按照不同的黏着方式将传感光纤粘贴在所需监测结构（或材料）的表面，从而获得被粘贴结构（或材料的）沿光纤的径向应变分布信息。但 BOTDR所提供的监测结果存在以下几个方面的缺陷：
（1）海量数据的综合管理缺陷。BOTDR提供的监测数据是沿光纤径向的每一点的应变信息（点之间的间距和仪器的距离分解度相关），而这些点的应变信息是以数据点的形式给出的，造成原始数据繁多复杂。
（2）实际里程与监测结果的数据配准问题。分布式光纤传感器在实际铺设过程中，出于定位需要，经常预留一些冗余光纤，为了将所测得的应变量和实际的光纤里程对应起来，必须获得发生应变部位距离光纤光源的实际里程，而 BOTRD提供的监测里程是光纤的实际长度（包括冗余部分），并不是工程实际里程，也就是说监测结果与实际里程之间存在数据配准问题。
（3）监测结果的直观表现不佳。BOTDR原始监测系统并不提供阈值设定功能，即对于特定的工程而言，我们必须人为地设定阈值寻找应变异常信息。
（4）实测数据影响因子多。BDTOR监测结果是在诸如温度影响在内的多种因子的影响下测得的数据，未经处理的实测数据可信度差。
（5）缺乏面向最终用户的监测数据。BOTDR监测结果是未经配准和处理的纯文本文件，这些数据并不是面向最终用户，而是面向具有 BOTDR操作经验的科研人士，也就是说未经专业培训的工程技术人员很难读懂 BOTDR的原始成果。
3　基于GIS的大型工程分布式光纤传感监测系统设计
3.1　系统设计目标
针对上述所存在的问题，基于GIS的大型工程分布式光纤传感监测系统应该遵循以下的总体设计目标：
（1）完成对所监测工程的日常健康诊断，分析工程安全性。以应变分析为核心，建立工程安全评价体系，完成对影响规划、管理、决策及科学研究的数据进行储存更新、查询检索、智能评价、统计分析、类比判别和制图制表等任务，提高工程管理质量和效率。
（2）利用BOTDR提供的数据，经系统处理后再配合工程实地调查数据，完成以工程质量为目标的各项监测工作。应用横向纵向两方面类比模式监测工程安全性，即利用不同光纤反馈回来的数据，以及同一根光纤不同时间测试的数据进行类比分析，得出工程可信的结果。
3.2　系统技术框架
结合目前GIS的发展趋势，并考虑工程实际的可操作性，系统应用ESRI公司提供的MapOb-jects组件，在Visual Basic 6.0环境下开发了以组件式GIS为核心的管理系统，系统的技术框架如图2所示：

图2　系统技术框架图

从图2的技术框架图中可以直观地看出，系统设计以各种不同用户的需求作为指导，并在开发中通过信息反馈不断更新和完善系统功能及工作模式。系统以基础地理及属性数据库为基础利用GIS的开发实现空间数据的提取，结合光纤监测数据库实现监测数据的配准以及可视化表示，以不断更新和完善的管理与决策数据库实现科学决策，构建集基础功能、智能分析、决策管理于一体的多功能系统。
3.3　系统的功能与特色
基于GIS的大型工程分布式光纤传感监测系统基本实现了如图3所示功能。
从图3可以看出，该系统基本上可以解决工程监测数据的采集与管理、监测结果的可视化显示、监测结果的智能化分析，是一个以工程应用为目标，以监测结果为核心的多功能管理与智能化分析系统。
（1）图层控制：系统加载多个图层（ESRI的Shape文件、AutoCAD的DXF文件或图像文件JPG、BMP、GIF、TIF等）。在使用中用户可以通过图层控制图层是否可见、图元颜色、可视化范围、图层顺序等，以便于对特定图层进行浏览。

图3　系统的功能与特色

（2）视图控制：系统提供图像的放大、缩小，全局显示、局部显示，漫游等基本功能。
（3）动态标注：系统实现了空间任意位置的动态跟踪标注。用户点击鼠标后可随时获得鼠标所在位置的属性信息。
（4）数据维护：用户可以选择两种不同方式查询、检索、更改数据，提供完善的从图到属性和从属性到图的数据查询、检索、更改方式。
（5）绘图功能：系统提供自助的绘图方式，用户可按照自己的想法和要求新建图层或者在原图上自行绘制图形，并根据程序提供的属性表为数据添加属性。
（6）元素选取：系统能够识别图中选取的元素，通过线、矩形、区域、多边形、圆来拾取物体，并显示拾取元素的属性数据。当选中特定位置的光纤时，光纤以闪烁3次来回应用户选中的光纤。
除上述功能之外，鉴于分布式光纤监测的工程特点，本系统还具备以下几个特色功能：
（1）数据分析：系统以绘制专题应变曲线图的方式提供数据分析功能。通过 BOTDR实测数据，绘制光纤应变曲线专题图，根据不同的阈值设置不同颜色的应变曲线图。
（2）数据配准：在实测数据与工程实际里程之间，根据实际工程光纤铺设的特征数据信息（光纤定位信息），系统提供一个精确的配准模块，误差小，应用性强。
（3）图例显示：系统提供独特的图例，便于工程管理。如，实际工程若铺设5根光纤，并且光纤铺设在不同墙面，采取二维示意图显示，可以绘制不同的图例显示，用以区别不同墙面铺设的不同光纤。
（4）对比查询：系统提供了由系统操作主界面至应变曲线绘制界面的对比查询方式，用户可选则从图到曲线或从曲线到图的两种方式进行结果查询，这样，工程监测的质量和效率就大大提高了。
4　工程应用实例
4.1　工程概况
某隧道工程是一湖底隧道，全长约2.56km，其中湖底隧道长约1.66km，为双向六车道，三箱室结构形式，其中左右两个箱式为车行道，中间箱室为净宽3m的管廊与检修通道。隧道设计宽约32m，净空高度4.5m，设计车速为60km/h。
2002年7月，隧道项目指挥部经反复调研和论证后，决定采用BOTDR技术进行隧道整体变形监测。2002年11月～12月，项目组完成了传感光纤铺设，铺设情况如图4所示，并分阶段对隧道变形进行监测。2003年1月～4月，为施工监测阶段，2003年5月通车后至9月为常规监测阶段。施工监测阶段主要进行由于后期施工对隧道变形的影响以及隧道箱体接缝变形监测，监测频率为2天/次。常规监测阶段主要进行通车条件下隧道稳定性监测，监测频率3～5次/周。

图4　某隧道光纤总体平面布置图

4.2　隧道工程监测数据管理的系统实现
4.2.1　数据准备
系统的基本数据包括施工区域图、隧道信息、光纤铺设信息、光纤监测数据等四大类。这四类数据既包含了空间信息数据又包含了属性数据，是构成系统数据结构的基础，又是系统数据分析和管理的前提。
（1）施工区域图。主要提供隧道基本信息与周边环境状况，用以确定施工地理信息、施工线路等，为绘制隧道二维示意图提供标准。
（2）隧道信息。主要提供隧道纵剖面、横剖面信息。横剖面信息用于了解光纤铺设里程和方位，纵剖面信息主要用于掌握具体施工操作面，为准确绘制隧道二维示意图做数据基础。
（3）光纤铺设信息。主要提供传感光纤铺设信息。拟铺设的5条传感光纤处在隧道南洞、北洞不同的墙面上，每条光纤的实际铺设长度与工程里程必有误差，通过在铺设过程中了解光纤定位信息，为数据配准模块提供数据基础。
（4）光纤监测数据。主要指 BOTDR实测应变数据，这些实测数据通过数据配准、阈值设定等系统转换处理后，将得到精确的隧道不同位置的应变信息。
4.2.2　系统工作流程
数据管理与分析是该系统的核心组成部分，是得到精确工程监测信息的重要组成部分。数据管理与分析主要靠以下流程来实现：
步骤一：数据准备
将BOTDR实测数据以＊.txt文件存放到指定位置，以备数据处理调用。
步骤二：选择光纤
在5根铺设的光纤中，在主操作界面中点击所需监测光纤，即完成所需光纤的选择，点击所选光纤时，与之相对应的系列在后台被调入。
步骤三：选择系列
所谓系列，就是不同时间监测的不同光纤的应变信息和数据配准信息。选择系列操作包括调入监测数据，选择数据配准，设置隧道变形阈值等。
步骤四：应变分析
进行系列选择之后，选择绘制曲线，系统即在新窗口绘制出经数据配准的隧道整体应变分析图。
除上述主要数据管理与分析功能之外，系统还设置了分段管理与分析的功能，即通过对所需监测段进行设置起点、设置终点操作，进行局部数据的管理与分析。另外，系统还提供了由图到曲线（或曲线到图）的对比查询方式，选择图到曲线（或曲线到图）的菜单项之后，图和曲线完美地对应起来，并提供了阈值设定功能，做到自动预警，避免人为干扰。图5至图7显示了系统数据与管理功能的操作界面，其中，图5为数据分析界面，图6为选择系列界面，图7为隧道应变分析曲线界面。

图5　数据分析界面图


图6　选择系列界面


图7　隧道应变分析曲线界面

5　结语
综上所述，应用GIS管理分布式光纤监测工程可实现海量数据的高效管理。GIS以其独特的数据管理、查询、检索、分析模式成为工程管理的首选。它的海量数据分层管理、数据结果的可视化表现、实现双向查询、面向最终用户的特点更显示其理想的工程管理能力。具体的说，系统具有以下优点：
（1）系统改善了BOTDR原系统中海量数据的综合管理模式，结果显示更加清晰直观。
（2）系统设置了数据配准、阈值管理等模块，监测结果可直接应用，避免了人为判别的误差，提高了工作效率。
（3）系统采用可视化显示，面向最终用户，无须对具体工程监测人员进行系统培训。
（4）系统实现了工程监测数据的采集与管理、监测结果的可视化显示、监测信息的对比查询等功能，是一个集智能化分析与决策化管理为一体的多功能管理系统。
本系统以具体工程为实例，具有更加科学、高效、直观、方便等优点，并减少了BOTDR监测结果的后期人为干扰，使得测试结果更加客观、准确，有利于科学管理和提高效率。
参考文献
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[8]Building Applicatins with MapObjects[M]USA.Enviromental System Research,Institute,Inc.1999

3. 光纤传感技术的光纤传感技术的应用

光纤传感技术在结构工程检测中的应用 　　钢筋混凝土是目前非常广泛应用的材料，将光纤材料直接埋入混凝土结构内或粘贴在表面，是光纤的主要应用形式，可以检测热应力和固化、挠度、弯曲以及应力和应变等。混凝土在凝固时由于水化作用会在内部产生一个温度梯度，如果其冷却过程不均匀。热应力会使结构产生裂缝，采用光纤传感器埋入混凝土可以监测其内部温度变化，从而控制冷却速度。 　　混凝土构件的长期挠度和弯曲是人们感兴趣的一个力学问题，为此已研制出能测量结构弯曲和挠度的微弯应变光纤传感器，并用一根光纤连接整个结构不同位置上的传感器进行同时监测，每个传感器的位置可用OTDR来识别。光纤传感器还能探测混凝土结构内部损伤。在正常荷载作用下，由于钢筋阻止干化收缩或温度引起的体积变化都会引起裂缝，裂缝的出现和发展可以通过埋入的光纤中光传播的强度变化而测得。 　　光纤传感技术在桥梁检测中的应用 　　桥梁是一个国家的经济命脉，桥梁的建造和维护是一个国家基础设施建设的重要部分。利用光纤传感器测量振动，主要可得到桥梁的振动响应参数如频率、振幅等，其方法是：将信号光纤粘贴于桥梁内部，它随着桥梁的振动而产生振动响应， 输出光的相位作周期性的变化，则光电探测器接收到的光强也作周期性的变化。 　　成功的案例有：加拿大在1993年将光纤传感器预装到一座碳纤维预应力混凝土公路桥上，在桥开通后连续监测了8个月，测量了混凝土内部的整体分布应变，并用动态规化理论处理数据，准确而又快速的评估了桥梁的使用状态及寿命。1996年，美国海军实验研究中心研制了新墨西哥州I -10桥健康检测系统，它由60个FBG传感器组成，可实现动态与静态应变测量。 　　光纤传感技术在岩土力学与工程中的应用 　　岩土工程检测具有长时效性、环境复杂、具有时空限制、施工环境制约等特点，其检测工作一直是等待解决的难题。目前已有的常规的测试技术在长期的工程应用中表明，满足上述测试要求十分困难。而由于光纤传感器体积小、质量轻、不导电、反应快、抗腐蚀等诸多优良特性，使用它成为岩土力学工程的检测工具成为学者们的研究对象。下面列举一例成功应用光纤传感器检测岩土工程的成功案例： 　　三峡大坝坝前水温监测 　　三峡大坝坝体内部靠近上游面埋设有点式温度计，因埋设点位于坝体内，所测温度与实际库水温度存在一定的差异。为了能更真实地反映库水温度的变化规律，长江科学院结合坝前水温观测的实际现状，在左厂14-2坝段布设1条测温垂线，采取光纤Bargg光栅温度传感器进行监测，通过实际工程应用，光纤Bargg光栅温度传感器测量水温，可以满足水温监测的要求，且与水银温度计直接测量水温相比，结果较好。 　　光纤传感技术在军事上的应用 　　光纤传感技术在军事上同样应用广泛。光纤陀螺仪经过30多年的发展，已经广泛应用与民航机，无人机，导弹的定位和控制中。光纤水听器可以用于船舶军舰收集声音，探测越来越先进的潜艇。且近几年来，基于光纤传感技术的光纤网络安全警戒系统开始在边防及重点区域防卫中得到推广应用。目前，世界上发达国家使用的安全防卫系统就是基于分布式光纤传感网络系统的安全防卫技术。石油和天然气：油藏监测井下的P / T传感、地震阵列、能源工业、发电厂、锅炉及蒸汽涡轮机、电力电缆、涡轮机运输、炼油厂；航空航天：喷气发动机、火箭推进系统、机身；民用基础建设：桥梁、大坝、道路、隧道、滑坡；交通运输：铁路监控、运动中的重量、运输安全；生物医学：医用温度压力、颅内压测量、微创手术、一次性探头。

4. 光纤传感技术与应用的介绍

《光纤传感技术与应用》在全面介绍各类光纤传感器的基础上，分析和讨论了在设计和应用光纤传感器时要注意的一些基本问题和关键技术，并给出了光纤传感器的典型应用实例。其中包括光纤和光纤器件的选用、连接和封装，光纤传感网，相位调制型光纤传感器的信号解调，以及光纤传感器在电力、石油化工、生医生化、航空航天、环保、国防等领域的典型应用。

5. 光纤传感器及其应用技术的介绍

光纤传感器及其应用技术以光纤传感器为核心，着重详细讨论了强度调制型、相位调制型、波长调制型和偏振态调制型四大类型传感器以及分布式光纤传感器的原理、技术和设计方法；有选择地介绍了光纤传感的两项核心技术——网络技术和封装技术；首次将光纤传感最新研究方向新材料光纤传感器——聚合物光纤传感器、光子晶体光纤传感器以及微米和纳米光电传感器纳入教材。可作为电子信息类相关专业的教材，同时对相关领域的科研及实际工作者了解学科的前沿动态、启发创新思维有较高的参考价值。

6. 光纤传感器及其应用技术的基本信息

 1.1 光纤的基本特性1.1.1 均匀折射率光纤中光线的传播与数值孔径1.1.2 光纤的弯曲1.1.3 光纤端面的倾斜效应1.1.4 圆锥形光纤1.1.5 光纤的损耗1.1.6 光纤的色散1.2 光纤的耦合技术1.2.1 光纤和光源的耦合1.2.2 光纤和光纤的直接耦合1.2.3 多模光纤通过透镜耦合1.3 常用无源、有源光纤器件1.3.1 熔锥型单模光纤光分/合路连接器1.3.2 磨抛型单模光纤定向耦合器1.3.3 光开关1.3.4 掺杂光纤激光器与放大器1.3.5 光纤放大器1.4 光纤器件的选择1.4.1 丸纤偏振器1.4.2 光纤滤波器1.4.3 光纤光栅1.4.4 光隔离器1.4.5 光调制器1.5 光纤传感器的定义、分类及特点1.5.1 光纤传感器的定义和分类1.5.2 光纤传感器的特点习题与思考 2.1 强度调制传感原理2.1.1 反射式强度调制2.1.2 透射式强度调制2.1.3 光纤模式功率分布强度调制2.1.4 折射率强度调制2.1.5 光吸收系数调制2.2 强度调制型光纤传感器的补偿技术2.2.1 光源负反馈稳定法2.2.2 双波长补偿法2.2.3 旁路光纤监测法2.2.4 光桥平衡补偿法2.2.5 神经网络补偿法2.3 强度调制型光纤传感器的类型及应用实例2.3.1 光纤微弯传感器2.3.2 光纤温度传感器2.4 强度调制型光纤传感器的研究与发展方向习题与思考 3.1 相位调制型光纤传感器原理3.1.1 应力应变效应3.1.2 温度应变效应3.2 光纤干涉仪的类型3.2.1　Mach-Zehnder和Michelson光纤干涉仪3.2.2　Sagnac光纤干涉仪3.2.3　光纤Fabry-Perot干涉仪3.2.4　光纤环形腔干涉仪3.2.5　相位压缩原理与微分干涉仪3.2.6 白光干涉型光纤传感器3.3　相位调制型光传感器的信号解调技术3.3.1 干涉仪的信号解调3.3.2　光纤锁相环方法3.3.3　相位生成载波（PGC）解调方案3.4　光纤干涉仪的传感应用实例3.4.1 干涉式位移传感器3.4.2　加速度传感器3.4.3　振动传感器3.4.4　温度传感器3.4.5　磁场传感器3.4.6　电流传感器3.5　相位调制型光纤传感器的发展习题与思考 第11章 纳米传感器参考文献

7. 分布式光纤传感技术及其在工程监测中的应用

本项研究受国家自然科学基金（编号：40172096）和国土资源部2000年科技专项计划项目资助。本文原载于《工程地质学报》，2003（04）:354～406。
许强　黄润秋　程谦恭　丁秀美　李东山　李彦荣
（成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护
国家专业实验室，四川成都，610059）
【摘要】在滑坡地质灾害勘察过程中，如何准确地辨识滑带土的特征和确定滑动面的具体位置，是让大多数工程技术人员都感到头痛的问题。本文以三峡库区泄滩古滑坡为例，较为详细地介绍了泄滩滑坡滑体的结构特征，以及通过勘探平硐、钻孔岩心和地表露头等多种手段揭露的滑带土的基本特征。研究结果表明，泄滩滑坡滑带土中不仅可见明显的擦痕、镜面以及碎块石印模，而且在个别钻孔可见滑带土呈糜棱岩化现象，地表露头还可见到滑带土在地下水和高速下滑过程中被碾压、搓揉，原有结构被破坏后又重新胶结的痕迹。同时，在滑带以下还存在一层特殊的滑坡影响带。泄滩滑坡滑带土特征非常典型，具有一定的代表性，可供同行在实际工作中确定滑面时参考。
【关键词】泄滩滑坡　滑带土　滑动面　滑坡影响带
1　引言
泄滩古滑坡位于湖北省原秭归县泄滩乡长江左岸，为三峡库区众多古滑坡中较为典型的滑坡体之一。作者通过对泄滩滑坡深入细致的研究，发现该滑坡不但在地形地貌上具有非常标准、典型的滑坡特征，而且在其他很多方面（如滑坡体地质结构、水文地质结构、滑带特征、成因机制方面）都具有代表性和典型性，在滑带特征方面尤为典型。在实际的滑坡勘察过程中，如何根据勘察的具体情况，快速准确地鉴定、识别滑带土的典型特征，从而准确地确定滑带的位置，往往是最让现场工程技术人员感到头痛的问题。本文对泄滩滑坡的滑带特征作一简略介绍，供工程地质工作者在滑坡勘察过程中参考。
2　滑坡体基本特征
泄滩滑坡在地貌上呈圈椅状，滑坡体前缘突出于江中，古滑坡的地形地貌特征非常明显。泄滩滑坡平面上呈长条形的舌状，前宽后窄。滑坡体总体地形坡度20°～35°，后缘斜坡坡度约43°。纵向长度约780m，前缘最大宽度460m，后缘宽度约140m，面积约0.2km2。在剖面上滑体下半段厚度较大，最大厚度达45m；上半段相对较薄，一般20余米，平均厚度约30m，总体积约894万m3（图1）。
滑坡区内出露的地层由新至老依次为：滑坡堆积物（Qde1）：浅黄色、浅红色碎块石土，结构松散，透水性较好，土石比2∶1～1∶2。碎块石成分主要为砂页岩，碎块石大小一般为40～60cm，含量由中部向两侧及后缘渐增。侏罗系中统聂家山组（J2n）：紫红色、灰绿色中厚层状粉砂岩、长石石英砂岩夹紫红色的泥岩、粉砂质泥岩。主要分布于滑体后缘及其以上地段。侏罗系下统桐竹园组（J1t）：灰绿色、灰黄色粉砂质泥岩、细砂岩夹页岩，主要分布于滑体中上段。三叠系上统沙镇溪组（T3s）：灰绿色、灰黄色粉砂质泥岩、细砂岩夹页岩和煤线，主要分布于滑体中下段。三叠系中统巴东组（T2b）：紫红色砂岩、粉砂岩夹泥岩，主要出露于滑坡前缘临江地带。勘察结果表明，在泄滩古滑坡发生后，滑坡体前缘切穿巴东组基岩（T2b）又发生过一次一级的滑动，并形成比较明显的滑坡后缘平台——二级平台。
3　滑体的结构特征及物质组成
泄滩滑坡在剖面上，从物质组成和结构特征的角度坡体从上到下共分为5层：坡积物、滑坡堆积物、滑带、滑坡影响带以及基岩（图1和图2）。

图1　泄滩滑坡代表性剖面

坡积物（Qdl）：该层主要为黄褐色、灰黄色以及紫红色的粉质粘土夹碎块石。土石比一般为15∶1～8∶1，粉质粘土呈可塑状态，碎块石成分主要为砂岩、粉砂岩，棱角至次棱角状，直径10～300mm不等。在修建建构筑物的部位，此层被人工填土所替代。坡积物层的厚度从0.5m到4.4m不等，一般厚度为2～3m。
滑坡堆积物（Qdel）：该层主要为灰绿色、浅黄色、紫红色的碎块石土，土石比在不同部位差别较大，从6:1到1∶5不等，某些部位主要以粘土为主，而某些部位又主要以碎块石为主。土体为可塑状粘土和粉质粘土，碎石成分以粉砂岩、砂岩、粉砂质泥岩为主，棱角至次棱角状，直径一般20～220mm，大者300～400mm，散乱堆积，大小混杂。在二级平台及其以上部位可见到聂家山组（J2n）的长石石英砂岩的碎块石，而在滑坡体的前缘则主要见到紫红色巴东组（T2b）紫红色泥质粉砂岩的碎块石。滑坡堆积物最大厚度达45m，平均厚度约30m。从总体上讲，滑坡堆积物结构松散，透水性较好。

图2　坡体剖面结构示意图

滑带：泄滩滑坡的滑带土主要为紫红色、灰黑色以及灰白色粘土、粉质粘土夹碎块石，土石比约7:3，结构致密，多处滑带可见镜面、擦痕以及碎块石印模，局部可见滑带土糜棱化，厚度从0.7m到2.7m不等。滑带土的具体特征将在下文详述。
滑坡影响带：在泄滩滑坡的滑带以下，还存在一定厚度的受原泄滩古滑坡高速滑动过程中滑坡动力影响而形成的一个挤压破碎带。该挤压破碎带在结构特征上类似于断层的影响带，因此称其为滑坡影响带。通过勘探平硐和钻孔岩心可以观察到，滑坡影响带的砂岩被明显地挤压破碎成块石、碎石甚至是砂糖状的岩屑、岩粉，其结构疏松呈碎裂或散体状（图3）。在平硐内靠近滑带的部位可以用手直接在该带内抓取砂岩岩屑和岩粉，向内逐渐由块石、碎石组成的散体结构、碎裂结构向正常的层状结构基岩过渡。
在岩心中所见到的滑坡影响带的特征为：影响带主要为碎石土，土石比约1∶1～1∶3，碎石挤压破碎严重，手捻成砂状，碎石的成分与相应部位的基岩的成分相同。在9号钻孔的滑坡影响带部位因岩体过于破碎，使得在钻探过程中不能直接取出岩心，只能取出被水冲蚀后留下的类似于河砂的岩屑（图4）。滑坡影响带的厚度一般为3～5m。

图3　在勘探平硐中出露的滑坡影响带


图4　在9号钻孔中的滑坡影响带

4 滑带土特征
泄滩滑坡滑带土的结构特征非常典型且具有一定的代表性，从勘探平硐、钻孔岩心以及滑坡体前缘的地表露头都可以见到具有鲜明特点的滑带土。
图5为在勘探平硐所揭露的泄滩滑坡滑带附近岩土体物质组成及结构特征。从滑带以上的正常滑坡堆积物到滑带以下的滑坡影响带，共分为7层，每一层的具体特征如下：

图5　勘探平硐97m处所揭露的泄滩滑坡滑带附近岩土体特征

①第一层（在图中的编号为（1)）：深黄褐色块碎石夹粘土，块碎石成分主要为浅黄绿色泥质粉砂岩，含少量灰黑色碳质页岩，土石比约为3∶7。块碎石呈棱角状，平均粒径10cm，最大可达30cm。胶结较差，结构疏松，透水性较强。该层实际上为正常的滑坡堆积物。
②第二层（编号（2)）：深黄褐色块碎石夹粘土，块碎石成分主要为浅黄绿色泥质粉砂岩，含少量灰黑色碳质页岩，土石比约为4:6。块碎石呈棱角状但有明显被压碎的痕迹，平均粒径2～5cm，最大可达10cm。胶结较差，结构较疏松，透水性较强（但比第一层弱）。该层实际为靠近滑带的滑坡堆积物在滑动过程中被挤压破碎所致。
③第三层（编号（3)）：紫红色、红褐色粘土，含少量碎石，碎石成分主要为浅黄绿色、灰白色砂岩、粉砂岩，土石比约为8∶2～9∶1。受地下水的影响（该层为相对隔水层，其与（2）的接触界面可见明显的地下水渗出），粘土呈流塑—可塑状。碎石平均粒度0.5～1cm，呈次棱角状一次圆状，碎石未见明显的定向排列特征。总体上结构较为致密，胶结中等，透水性差。该层应为主滑带的上层。
④第四层（编号（4)）：灰黑色粘土，含少量碎石，土石比约为9:1。碎石成分主要为浅黄绿色、灰白色砂岩、粉砂岩。碎石平均粒度0.5～1cm，呈次棱角状—次圆状，碎石可见定向排列特征，其扁平面与滑面平行，掰开碎石后可在粘土中留下明显的碎石印模。粘土呈可塑状。总体上结构非常致密，胶结好，透水性差。该层应为主滑带中心层，其中的碳质成分可能为高速滑动过程中碳化所致，也可能在高速滑动过程中T3s中的煤线被带到此处。
⑤第五层（编号（5)）：紫红色粘土，含少量碎石，土石比约为9:1。碎石成分主要为浅黄绿色、灰白色砂岩、粉砂岩。碎石平均粒度0.5～1cm，呈次棱角状—次圆状，碎石可见定向排列特征，其扁平面与滑面平行。粘土呈可塑状，可见碎石印模。总体上结构非常致密，胶结较好，透水性差。该层应为主滑带的下层。
⑥第六层（编号（6)）：灰白色、浅黄色碎石夹岩屑岩粉，岩粉含量达70%～80%。碎石成分主要为浅黄绿色、灰白色石英砂岩或长石石英砂岩。碎石平均粒度1～3cm，呈次棱角状，可见明显的压碎特征。总体上结构疏松，胶结差，透水性好，但地下水状态仅为湿润（地下水已被主滑带隔断）。该层应为紧邻滑带底部的滑坡影响带。
⑦第七层（编号（7)）：黄褐色沙糖状岩屑岩粉夹碎石。碎石成分主要为灰白色石英砂岩或长石石英砂岩。碎石平均粒度1～3cm，呈次棱角状，可见明显的压碎特征。总体上结构疏松，胶结差，透水性好，但地下水状态仅为湿润。该层应为滑坡影响带的主体。
从上述特征可以看出，勘探平硐所揭露出来的原泄滩古滑坡滑带土的分层特征与钻孔岩心和滑坡体前缘滑带的地表露头基本相对应。从总体上讲，滑带附近的岩土体为三层结构，滑带、滑带上部被滑动过程中碾碎的滑坡堆积物以及滑带以下受滑坡动力影响的滑坡影响带。其中，滑带又可细分为三层（即图5中的（3）、（4）和（5）层）。但滑带的这种三层结构并不具有普遍性，只是在个别钻孔中（如 ZK1、ZK7、ZK8等）较为完整，而在一般部位滑带可能仅见其中的某一层或某两层。
在钻孔岩心中，可以观察到与平硐揭露的滑带土类似的特征：结构致密，取出的岩心段较为完整（与其下的滑坡影响带和上邻的滑坡堆积物相比），取芯率较高（这与一般滑坡较难获得滑带岩心正好相反）。用手掰开岩心后一般都可见非常明显的镜面、擦痕以及碎块石印模（图6）。在5号钻孔的岩心中还可见滑带土的糜棱岩化现象（图7）。这在一般滑坡的滑带中很难见到。
从滑坡体前缘滑带土的地表露头还可以见到泄滩滑坡滑带土的另外一些特征（图8）。图8表明，该处的滑带土主要为浅黄色钙质粘土夹碎石，土石比约5:5，结构紧密，胶结较好。块碎石角砾呈次棱角状—次圆状，滑带中的粘土显示出其在原滑坡的高速下滑过程中被碾压、搓揉，原有结构遭破坏后又重新胶结的痕迹。

图6　ZK6滑带处岩心可见清晰的镜面和擦痕


图7　ZK5滑带处岩心可见滑带土的糜棱岩化现象


图8　地表露头滑带留下了经碾碎后重胶结的痕迹

5　结论
通过上述对泄滩古滑坡滑带土特征的研究，结果表明：
（1）泄滩滑坡在剖面上为五层结构：坡积物、滑坡堆积物、滑带、滑坡影响带以及基岩。与一般滑坡相比，泄滩滑坡的特殊之处为在滑带以下还存在一定厚度的滑坡影响带。该滑坡影响带是在坡体高速下滑过程中，反倾坡内的滑床基岩遭受高强度的动力挤压后形成的挤压破碎带。这种滑坡影响带在顺层滑坡和低速滑坡中应该是很难见到的。
（2）泄滩滑坡在勘探平硐、钻孔岩心以及地表头都可见到典型的滑带土。泄滩滑坡滑带土的主要特征为：物质成分为粘土含少量碎石，碎石成次棱—次圆状，可见定向排列。结构致密，胶结中等，透水性差。滑带土中可见明显的擦痕、镜面以及碎块石印模。个别钻孔可见滑带土呈糜棱岩化现象，表露头还可见到滑带土在地下水和高速下滑过程被碾压、搓揉，原有结构遭破坏后又重新胶结的痕迹。可以认为，泄滩滑坡滑带土包含了高速滑坡滑带的多种典型特征。
参考文献
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8. 分布式光纤传感系统的介绍

分布式光纤传感系统是一种利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质的传感系统。