基于磁定位的滑坡深部大位移监测技术研究

论文摘要

滑坡是我国的普遍的地质灾害类型,其发生频率高、破坏力大,监测预警是应对滑坡地质灾害的重要措施。而滑坡的深部位移直观反映了滑坡体内部变形情况,所以滑坡的深部位移是监测预警的重要内容。但是,现有的监测方法在滑坡出现大位移情况下,难以完成对滑坡深部位移的连续监测。随着磁定位技术的研究深入,其应用的范围也越来越广,基于滑坡深部位移监测技术的不足,我们提出了将磁定位技术应用到滑坡深部位移监测的方法。本文主要的研究内容和得出的结论如下:为解决滑坡深部位移难以监测的问题,提出滑坡深部位移的磁测方案。具体做法是:将永磁体埋置于滑带以下,滑带以上安装磁传感器测量滑体相对位移。为了消除背景磁场磁场的影响,提出了绝对差分方法和相对差分方法。通过理论推导和试验验证,最终选定以相对差分方法测量目标磁极周围磁场梯度并解算磁极空间位置的方案。假设目标磁极为磁偶极子,推导了磁场梯度与空间位置的关系式,并且通过验证试验证明了理论关系式的正确性。由于理论推导时将目标磁极等效为磁偶极子,但是目标磁极与磁传感器的距离较近时,磁偶极子模型是不适用的。为了探究磁偶极子模型的适用范围,我们提出了目标磁极空间磁场计算的数学积分模型和改进型磁偶极子模型,结合相关理论,推导两种模型的空间磁场计算式。通过选定空间位置,使用三种模型在MATLAB中分别计算,并将计算结果做出曲线图。结果表明,三种模型对磁场的计算均是有效的,但是随着目标磁极与磁传感器距离的减小,磁偶极子模型的误差会增大,当距离小于目标磁极最大尺寸的2.5倍时,磁偶极子模型不在适用。结合对磁定位技术在滑坡深部位移监测中的精度要求,我们定义了误差分析函数。计算结果表明,磁偶极子模型的适用距离应大于1.2m,而改进型磁偶极子模型的适用距离应大于0.6m。基于滑坡体的变形特点,模拟计算了不同滑面倾角时滑体位移与磁感应强度的映射关系。推导了磁传感器随滑坡体沿不同滑面倾角下滑时,不同方向的磁感应强度与位移的计算式,并利用MATLAB得出滑坡体位移与磁感应强度曲线图,根据磁感应强度随位移的变化规律,建立位移与磁感应强度的映射关系。进一步通过验证试验证明了理论证明的磁感应强度随位移变化规律的正确性。提出磁感应强度分量分段综合利用以解算位移的方法,根据磁感应强度和磁感应强度变化率随位移的变化关系,构造三段位移的位移解算函数,并讨论了位移解算函数的适用范围。结果表明,在整个磁定位的量程范围内,对滑坡体的位移分三段使用不同的解析式解算,能够解算出较高精度滑坡体位移值。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 何云飞

导师: 吴剑

关键词: 滑坡监测,磁定位方案,磁强差分模式,磁场模型,位移解算

来源: 三峡大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备

单位: 三峡大学

分类号: P642.22

DOI: 10.27270/d.cnki.gsxau.2019.000020

总页数: 94

文件大小: 11694K

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