磁定位技术在滑坡深部位移监测中的研究及影响因素分析

摘要

滑坡是我国的主要地质灾害之一，其发生频率较高、社会危害性较大，因此做好滑坡灾害的防治工作具有重要意义。在滑坡的发生、发展、演化过程中，深部位移能够直观反应滑坡内部的变形情况，其变形趋势与滑坡发生时的各个阶段存在良好的映射关系，且位移量施测相对简单方便，因此深部位移监测是滑坡监测的重点，通过对深部位移的监测，能够在第一时间对滑坡的发生起到预警作用。
　　目前常用的滑坡深部位移监测方法主要有TDR技术、钻孔测斜技术以及拉线式深部位移计等。通过对上述常用的监测技术进行分析，每一种技术都存在一定的不足，例如TDR监测技术不能识别某时刻位移的大小和方向，测量分辨率不高，不适用于监测滑动较大的岩土体；而钻孔测斜技术无法实现自动化监测，并且只能测量深部位移较小的情况，当滑坡深部位移较大或滑面发生较大错动时，测斜仪容易被剪切破坏而失效。鉴于这些常用监测技术的不足，本文在此提出了一种基于磁定位技术的深部位移监测方法，该技术主要利用永磁体产生的磁场，对处于场中的目标进行定位，将滑坡深部位移的变形量转化为磁感应强度的变化量，从而利用磁场的相关知识求解出深部位移的大小。具体而言，本文主要展开的工作和所获得的结论如下:
　　1)根据实际滑坡模型，建立了运用一维磁定位技术的监测模型。磁定位技术对滑坡的监测主要是对滑坡深部位移的监测，将滑坡发生的深部位移转化为磁感应强度的变化，进而利用磁场的特性达到对滑坡进行监测的目的。在监测模型中，传感器埋于滑体之中，永磁体埋于滑坡的基岩之内，并且保持磁体的位置和姿态不发生扰动，以产生稳定的磁场。
　　2)根据建立的监测模型，采用理论分析的方法，推导出了滑体沿直线滑动时，直线上任意一点的磁感应强度的计算公式，并采用试验模拟了滑坡实际发生时的形态。通过试验结果和理论分析的对比，二者的变化趋势具有一致性，验证了这一理论计算公式的正确性，并进一步采用试验分析得到了磁定位技术的定位精度。实验结果表明，运用磁定位技术进行监测定位是切实可行的，其定位的精度能达到毫米级范围。
　　3)本文提出了运用差分方法消除地磁的影响。通过对背景磁场的分析可以发现，地磁场是最常见的背景磁场，并且处于不断变化之中，这种变化包括了长期变化和短期变化，因此在运用磁定位技术进行定位时，地磁场必然会产生影响。为了消除地磁场的影响，本文采用两套传感器相连的方法，利用两套传感器测量数据的差分结果作为磁定位技术的监测依据。通过理论和试验的分析对比，采用差分的方法能够很好的剔除地磁的影响，提高定位精度。
　　4)本文针对不同的误差来源进行了详细的分析，重点针对传感器的正交误差和水平误差提出了各自的修正模型，并分别采用遗传算法和差分进化算法对正交误差和水平误差的修正模型进行了求解。根据求解结果对试验数据进行了修正，结果显示修正后的数据变化曲线与理论值的变化曲线一致，因此通过正交误差修正和水平误差修正能够很好的改善传感器的测量误差，提高磁定位技术的定位精度。另外本文也对传感器的同轴度误差进行了简单的分析，结果显示，当两个传感器以相同的磁场方向同轴连接时，轴线之间偏离越远，对另外两个磁场方向分量的误差影响越大，而对连接轴线方向的磁场分量影响较小。

目录

声明

引言

1 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 磁定位技术的研究现状

1.3 本课题主要研究内容

1.4 本章小结

2 一维磁定位技术

2.1 一维磁定位技术的理论基础

2.2 一维磁定位技术的试验分析

2.3 本章小结

3 监测环境分析

3.1 地磁环境分析

3.2 永磁体磁环境分析

3.3 滤波方法介绍

3.4 本章小结

4 磁定位技术的误差分析

4.1 磁传感器正交误差

4.2 磁传感器水平误差

4.3 磁传感器同轴度的影响

4.4 本章小结

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

后记

附录:攻读硕士研究生学位期间发表的部分学术论著