大壩裂縫檢測方法的研究及應用

Ⅰ 李雪紅的代表性論文、專著

1. 大壩裂縫的突變模型研究，水電能源科學， 2000（4）；（第一作者）
2. 梅山連拱壩垛尾縫的物理成因分析，工程力學 增刊，2001；（第一作者）
3. 主成分神經網路模型在大壩觀測資料分析中的應用，大壩觀測與土工測試，2001（5）；（第一作者）
4.梅山連拱壩3垛和12垛側向位移過大的成因分析，長江科學院院報，2002，19（3）；（第一作者）
5. 混凝土壩變形的灰色回歸－時序模型，河海大學學報，2002（6）；（第一作者）
6. 混凝土壩運行期裂縫演變的荷載效應分析，水力發電，2005（1）；（第一作者）
7. 基於小波分析和尖點突變模型的裂縫轉異診斷，河海大學學報，2005，33（3）；（第一作者）
8. 基於ANFIS的裂縫開度不利荷載組合提取方法，長江科學院院報，2005，22（2）；（第一作者）
9. 水工混凝土結構裂縫主要成因挖掘的粗集方法，東南大學學報，2006增（Ⅱ）；（EI）（第一作者）
10. 基於小波和相空間重構的裂縫時變規律研究，水利學報，2007，38（2）；（EIE）（第一作者）
11. 大壩裂縫轉異點的相平面識別法. 應用基礎與工程科學學報，2007，15（2）；（EI）（第一作者）
12. 基於斷裂力學理論的裂縫轉異診斷. 河海大學學報（自然科學版），2008，36（2）：209-212（第一作者）
13. 大型減隔震橋梁結構分析方法，南京工業大學學報（自然科學版），2009，31（1）：78-86（第二作者

Ⅱ 裂縫的主要研究方法

（一）常規地質方法

（1）岩心觀察統計上述裂縫參數，用於識別宏觀裂縫的展布規律和發育程度。

（2）薄片鏡下觀察統計，主要描述微觀裂縫的密度、性質和發育期次。

（3）注水採油等生產數據分析，用於發現張性裂縫的主要走向、裂縫滲透性大小和注水效果等。

（4）地質類比法，選擇與研究區地質特徵相似的野外露頭區，開展細致的裂縫測量工作，總結裂縫發育規律，將露頭區裂縫研究成果應用於覆蓋區裂縫的預測（本書第三章有詳細介紹）。

（二）地球物理學方法

1.測井方法

主要利用電阻率測井、聲波測井、中子測井、密度測井、岩性測井、電磁波測井、地層傾角測井、成像測井等識別裂縫（詳見本書第四章）。

2.地震方法

岩石中裂縫的存在，尤其飽含流體的裂縫會導致緻密岩石物理性質的差異，形成物性界面，引起儲層地震波反射特徵的改變，從而在地震剖面上指示裂縫的存在。但是如何利用地震資料解釋裂縫的產狀和發育程度還需進行全面深入的研究。

3.重力方法

裂縫造成的岩石密度差異會在重力資料中表現出來。高精度的微重力測量可以給出裂縫的宏觀分布情況。

（三）構造物理模擬

1.相似材料模擬

利用砂、粘土、橡皮泥等材料在機械受力條件下能夠產生裂縫的特點，對研究區進行裂縫預測。

2.光彈模擬

在光線照射下受力樹脂材料發生彈性變形會出現規則的干涉光譜，反映出應力大小的變化。根據應力與應變的關系，就能夠指出裂縫發育的位置、延伸方向和發育程度。

（四）構造應力場或應變場數值模擬

1.構造應力場數值模擬

在建立地質模型的基礎上，用有限元法計算各點的最大主應力、最小主應力和最大剪應力，並計算各點的主應力方向和剪應力方向，根據岩石的破裂極限來預測裂縫發育帶和延伸方向，或者根據應變能計算裂縫發育程度。美國明尼蘇達大學與美國Itascacon Sulting Group Inc 合作開發的計算程序 FLAC 3D 99版是目前最先進的構造應力場計算程序。它具有三維模擬功能，可以計算出研究區不同性質的裂縫發育部位和產狀。

2.有限變形數值模擬

該技術是在有限變形理論的指導下編制的計算軟體。它用疊加和分解的方法把物體變形過程中的應變和轉動分離開來，建立位移函數，計算轉動特徵量-平均整旋角，用平均整旋角的平面變化表示構造裂縫的發育程度和延伸方向。

3.岩層曲率數值模擬

岩層受力變形，在岩層彎曲部位會產生張裂縫，曲率值與裂縫發育程度存在密切的相關性。用曲率法可計算裂縫發育程度和岩石的孔隙度。

4.分形分維數值計算

物體具有自相似性，即局部是整體的成比例縮小。通過岩心微觀裂縫的研究能夠計算斷塊的宏觀裂縫的展布方向和裂縫的儲集性能。同樣在一個地區斷層研究的基礎上能夠計算斷塊中裂縫的分布狀況。

Ⅲ 裂縫監測技術在煤層氣井壓裂中的應用初探

張 健

( 中聯煤層氣有限責任公司 北京 100011)

摘 要: 採用井下微地震監測技術和電位法監測技術對壓裂過程中的裂縫形態進行了實時監測，結果表明: 井下微地震監測實現了對裂縫方位、高度、長度、對稱性及裂縫隨時間的延伸情況的有效解釋。電位法測試技術適用於規模較大型壓裂，特別適合於淺井大型水力壓裂。對同一口井應用兩種技術實施監測結果表明，裂縫監測能夠有效反映壓裂裂縫的水平走向，有助於認清該區地層應力分布狀態，但垂向擴展僅能反映事件頻率，無法實現對裂縫高度和寬度的有效分析監測。

關鍵詞: 壓裂 裂縫監測 煤層氣 微地震 電位法

Application of Fracture Monitoring Technology to Fracturing Well in Coalbed Methane Reservoir

ZHANG Jian

( China United Coalbed Methane Co. ，Ltd. ，Beijing 100011，China)

Abstract: Down hole micro-seismic monitoring technology and potentiometry monitoring technology are used to show fracture real-time geometry. It shows that fracture orientation，height，length，symmetry and extension can be interpreted by down hole micro-seismic monitoring technology. The potentiometry monitoring technology is suit for major scale fracturing，especially for shallow well. As the result of monitor adopted on the same well with two methods shows，the fracture orientation on horizontal level can be reflected effectively，which will be favor of recognizing stress distribution. However，the frequency of fracturing can only be characterized in vertical direc- tion. The height and width of fracture can not be analyzed effectively.

Keywords: fracturing; fracture monitoring; coalbed methane; micro-seismic; potentiometry

基金項目: 國家科技重大專項項目 42 「深煤層煤層氣開發技術研究和裝備研製」( 2011ZX05042) 。

作者簡介: 張健，1981 年生，博士，2009 年畢業於中國石油大學 ( 北京) 並獲得博士學位; 主要從事煤層氣開發和現代完井工程研究。地址: ( 100011) 北京市東城區安外大街甲 88 號。Email: zhangjian@ chinacbm. com。

1 引言

目前我國煤層氣開發主要採用壓裂提高採收率技術，壓裂參數優化設計對於完善壓裂方案、提高單井產能十分重要。前期壓裂方案以淺層、經驗為主，隨著煤層深度增加，有必要建立適用於較深煤層的壓裂參數組合，通過採用井下微地震監測技術和電位法監測技術對現有壓裂方案下的施工裂縫形態進行了實時監測，為進一步完善煤層氣壓裂技術提供了技術支持。

2 測試原理

2.1 井下微地震測試原理

井下微地震測試方法是在鄰井監測直井壓裂作業，通過使用井下三分量地震成像系統監測壓裂過程中產生的微地震事件，對採集到的井下三分量微地震數據進行解釋，得到壓裂形成裂縫的空間展布(方位、長度)^［1，2］。

2.1.1 微地震的起源

微地震源於由於壓力影響圍繞著水力裂縫的一定區域內，該區域內的微地震事件包括:裂縫尖端的應力改變誘發微地震，液體濾失誘發微地震，地層薄弱面處誘發微地震。

2.1.2 微地震產生點距離的確定

地層由於應力狀態改變產生剪切滑動並誘發壓縮波(P波)和剪切波(S波)，P波傳播速度大於S波，隨著傳播距離的增加，初至波的時差增大，利用三分量檢波器接收可分辨不同分量的剪切波和壓縮波，從而確定微地震點產生距離。

2.1.3 微地震方位的確定

採用振幅交匯圖方法，即建立P波首波的振幅交匯圖確定微地震震源的方向，壓縮波的傳播方向和振動方向一致，跟蹤一個周期內質點的振動即可確定其傳播方位α，如圖1所示。現場測試系統包括數據記錄系統、SeisNet工作站和質量控制系統，實現數據的保存、分析，如圖2所示。

圖1 微地震方位確定示意圖

圖2 測試系統示意圖

2.2 電位法測試原理

電位法監測技術以傳導類電法勘探基本理論為依據，通過監測注入到目的層的壓裂液引起的地面電場變化獲得裂縫方位、長度、形態等參數^［3，4］。

假設地層為無限大均勻介質，採用環形測量方式，在供電電極外任一點M觀測電場的電位為:

中國煤層氣技術進展: 2011 年煤層氣學術研討會論文集

式中:ρ為地層視電阻率，Ω·m;I為供電電流強度，A;h為測試目的層深度，m;r為觀測點M到點源之間的距離，m。

當場源為任意形狀時，計算外電場電位應首先在場源處劃出一個面元ds，如果ds處的電流密度為j，則從ds處流出的電流為jds，它在觀測點M產生的電位dU_M仿上式可寫為:

中國煤層氣技術進展: 2011 年煤層氣學術研討會論文集

積分得外電場電位為:

中國煤層氣技術進展: 2011 年煤層氣學術研討會論文集

現場測試所用的儀器系統由測量系統(經緯儀)、供電系統(ZT7000型發電機)、發送系統和接收系統(HGQ-5/10kW/Js-03發送接收系統)四部分組成，如圖3所示。

圖3 測試裝置示意圖

3 現場應用與評價

對山西沁水盆地施工區域五口井進行了電位法監測，對三口井實施了井下微地震監測。電位法監測顯示:壓裂施工形成了一組兩翼方向基本對稱或略有夾角的不等長裂縫，如圖4所示，地層滲透率各向異性和構造應力復雜是造成該現象的主要因素。對氮氣注入實驗井的監測結果表明:由於煤層中氮氣等氣體化學性質不活潑，其在煤層中仍然以分子形式存在，因此基本不改變煤儲層的導電性能，通過電位法難以實現監測其在煤儲層中的分布。

井下微地震監測結果顯示，裂縫向兩個方向延伸且不對稱，監測到的微地震事件大多位於煤層以上的地層，微地震事件發生范圍較廣，如圖5所示。

4 結論

(1)井下微地震監測實現了對裂縫方位、長度、對稱性及裂縫隨時間的延伸情況的有效解釋。

(2)電位法測試技術適用於規模較大型壓裂，特別適合於淺井大型水力壓裂。

(3)對同一口井應用兩種技術實施監測結果表明，裂縫監測能夠有效反映壓裂裂縫的水平走向，有助於認清該區地層應力分布狀態，但垂向擴展僅能反映事件頻率，無法實現對裂縫高度和寬度的有效分析監測。

圖4 電位法監測壓裂裂縫水平投影圖

圖5 微地震監測壓裂裂縫剖面圖

參考文獻

［1］夏永學，潘俊鋒，王元傑等.2011.基於高精度微震監測的煤岩破裂與應力分布特徵研究［J］.煤炭學報，36(2):239～243

［2］徐劍平.2011.裂縫監測方法研究及應用實例［J］.科學技術與工程，11(11):2575～2577，2581

［3］王香增.2006.井地電位法在煤層氣井壓裂裂縫監測中的應用［J］.煤炭工程，5:36～37

［4］郭建春，李勇明等.2009.電位法裂縫測試技術研究與應用［J］.石油地質與工程，23(3):127～129

Ⅳ 汪曣的科研項目

完成項目
① 「內燃機排氣成分動態測試方法的研究」，98.1～2000.12，國家自然科學基金，12萬元，項目排名2，承擔總體設計和關鍵技術研究；
② 「無創人體血糖濃度檢測技術研究及產品開發」，十五國家科技攻關項目，30萬元，天津市科學技術委員會配套15萬元，列主持單位「主要研究人員」第一位，承擔檢測技術研究。
③「無創傷人體血糖濃度光學檢測方法論及應用條件的研究」，國家自然科學基金，18萬元，列主持單位「主要成員」第二位。
④ 「無創傷人體血糖濃度光學檢測方法的基礎研究」，天津市自然科學基金，28萬元，列主持單位「主要成員」第二位。
⑤「農葯殘留檢測技術及應用產品的研製」，中國科學院沈陽科學儀器研製中心橫向協作，20萬元，項目負責人。
⑥「TCP-1型摩托車排氣污染物測量裝置」，天津世紀動力科技發展有限公司橫向協作，100萬元，項目負責人。
⑦「激光法高效合成納米金剛石的研究」，教育部，5萬元，項目排名3，承擔實驗研究。
在研項目
① 「無創人體血糖濃度檢測技術及產品開發」，十五國家科技攻關項目二期，100萬元，列主持單位「主要研究人員」第一位，承擔分析測試技術及儀器的研究。
② 「基於TEAM模塊的分析系統研製及其應用研究」，天津世紀動力科技發展有限公司橫向協作，10萬元，項目負責人。
③ 「新型摩托車排氣污染物測量裝置研發及產業化」 天津世紀動力科技發展有限公司橫向協作，90萬元，項目負責人。
主要論著
近五年發表的論文 近五年發表的論文中，被SCI收錄的有2篇，EI收錄8篇，在重要期刊上發表16篇，部分發表的論文如下所列：
1 「發動機排放動態測試及其高速數據系統」， 汪曣、張宏偉、趙學玒，《電子測量與儀器學報》，V0l. 14.4.（2000）
2 「電容式保溫瓶玻璃毛坯自動測厚的研究」， 田錫惠、汪曣、趙學玒、任惠茹，《儀器儀表學報》，V0l.21.4.（2000）
3 「飛行時間質譜儀在內燃機排放成分動態檢測中的應用」， 汪曣、張惠明、趙學玒，《燃燒科學與技術》，V0l.6. 3.(2000)
4 「內燃機排氣成分動態檢測方法的研究」， 張惠明、汪曣、張宏偉，《農業機械學報》，Vol.32,No.3, (2001)
5 「牛奶主要成分含量近紅外光譜快速測量法」，李慶波、汪曣、王斌、徐可欣 ，《食品科學》，Vol.23,No.6, （2002）.
6 「New Advancement in Noninvasive Measurement of Blood Glucose by NIR Spectros」，李慶波、汪曣、徐可欣，Photonics Asia SPIE Vol.4916，（2002），P457-464[4916-88]，ISTP檢索，EI02517276330
7 「Preliminary Investigation of Simultaneous Measurement of Multi-components in Human Blood by Near-Infrared Spectros」，Zhao Xueling、Zhang Lu、Wang Yan、Xu Kexin、Wang Yi、Zhang Kai、Wang Xueqian， Photonics Asia SPIE Vol.4916，（2002），P490-497[4916-95]，ISTP檢索，EI02517276335
8 「四極質譜用於內燃機排氣成分檢測的研究」，張惠明、張宇、汪曣，《內燃機學報》，Vol.20,No.5,（2002）.
9 「人體血糖濃度無創傷檢測必要測量條件的研究」，李慶波、徐可欣、汪曣，《天津大學學報》，Vol.36,No.2,（2003）.
10 「葡萄糖水溶液濃度的近紅外光譜測量法—無創傷人體血糖濃度光學檢測方法基礎研究」，李慶波、張魯、汪曣、胡小唐、徐可欣，《中國生物醫學工程學報》。
11 「冰片的近紅外光譜法檢測」，谷筱玉、汪曣*、徐可欣，《光譜學與光譜分析》24(2) (谷筱玉為本人指導的碩士研究生) SCI檢索778LJ, EI04238195610
12 「應用紅外光譜技術進行農葯殘留快速檢測的探索」，李文秀、汪曣*、徐可欣、雷震霖，《光譜學與光譜分析》24(10) SCI867ZM ,EI05038797996
13 「光程長對光譜測量誤差影響的研究」，盧延輝，汪曣等，天津大學學報NO.8（2004）。
14 「信號分離技術在同時檢測液體密度和粘度中的應用」 《電子測量與儀器學報》，V0l. 11.3
15 「Measurement of borneol based on near infrared spectros」,Gu Xiaoyu, WangYan 《Chinese Optics .Letters.》 v3 n2 EI05169051250
16 「Pathlength selection method for quantitive analysis with near-infrared spectros」 ,ALT』03 International Conference, EI05048806592
17 「一元線性回歸和偏最小二乘法在冰片研究中的對比」 孫惠麗,汪曣等,中草葯v36 n3
18 「提高中紅外光譜法檢測血糖精度的途徑」, 汪曣,李寧等，生物醫學工程學雜志(錄用待排)；
19 「利用單片機定時器實現信號采樣和PWM控制」，李寧，汪曣，微型機與應用2004 n7
20 「數字濾波技術用於差分光學吸收光譜分析」， 汪曣, 李寧等，2004年ISIST國際會議3-241
21 「摩托車排氣污染物自動檢測系統設計」， 汪曣,王智麗等，2004年ISIST國際會議12-9 22 「海水營養鹽現場自動分析系統」， 汪曣,王智麗等，2004年ISIST國際會議12－8

Ⅳ 淺議三峽庫區地質災害預警工程常用監測方法及應用

王愛軍^1,2薛星橋^1,2

(¹中國地質大學（武漢），湖北武漢，430074；

²中國地質調查局水文地質工程地質技術方法研究所，河北保定，071051）

【摘要】長江三峽庫區地質災害預警監測是服務於地質災害防治、保障三峽工程建設安全的主要基礎工作。開縣、萬州區、巫山縣的38個滑坡災害專業監測點，採用大地形變監測、深部位移鑽孔傾斜儀監測、地下水動態監測、滑坡推力監測、地表裂縫相對位移監測、GPS全球衛星定位系統監測、TDR時間域反射監測和宏觀監測等綜合系列監測方法。每個滑坡災害點，採用2種以上監測方法，分別監測滑坡體地表內部變形或受力變化；重要災害點採用4～5種方法同時進行監測，以便進行對比和綜合分析。對滑坡監測及監測成果統計分析，多種監測數據成果具有明顯的一致性和相關性，反映了滑坡體的變形情況和特徵，證實監測方法合理有效，監測成果將為地質災害預警工程和地質災害防治工程提供可靠依據。

【關鍵詞】三峽庫區地質災害預警工程監測方法應用

1前言

長江三峽庫區自然地質條件復雜，是地質災害的多發區和重災區。三峽工程的興建和百萬移民工程，在一定程度上改變了原有地質環境的平衡狀態，加劇了地質災害的發生。隨著三峽工程建設的不斷推進，庫區地質災害對三峽工程和庫區人民生命財產安全的影響日益增加，及時有效地防治庫區地質災害已成為三峽工程建設的重要任務之一。地質災害預警監測工作是實現地質災害防治的主要基礎工作。

三峽庫區共有38個滑坡災害專業監測點在進行專業監測工作，其中重慶市開縣14個、萬州區14個、巫山縣10個。

2監測方法

2.1大地形變監測

採用全站儀監測。在滑坡體外選取地質條件較好、基礎相對穩定的點位作為監測基準點，在滑坡體上選擇有代表性的點位作為監測點，標志點全部採用混凝土強制對中監測墩。

2.2深部位移監測

採用鑽孔傾斜儀進行監測。在滑坡體上選擇有代表性的點位布置測斜鑽孔，分別在其主滑方向和垂直主滑方向上進行正反兩回次自下而上的測讀，監測點間距0.5m，使用移動式「CX-01型重力加速度計式鑽孔測斜儀」，監測數據穩定後自動記錄，每期監測共記錄4組數據。

2.3滑坡推力監測

在滑坡體上選擇有代表性的點位布置鑽孔，在鑽孔中選擇適當的深度部位，預置一系列滑坡推力感測器，用傳導光纖連接至地面，每次監測採用「BHT－Ⅱ型崩塌滑坡推力監測系統」測量記錄各點數據。

2.4地表裂縫相對位移監測

在裂縫的兩側適當部位安置數套裂縫計，進行原位裂縫相對位移監測。機械式監測具有干擾少、可信度高、性能穩定特點，監測記錄數據可直接做出時間—位移曲線，測量結果直觀性強。儀器一般量程范圍在25～100mm間，讀數器的解析度為0.01mm，操作溫度在－40℃～＋105℃之間。

2.5地下水動態監測

在滑坡體上選擇有代表性的點位布置鑽孔，對地下水水位，孔隙水壓力、土體含水率、溫度等參數監測，採用自動水位記錄儀、孔隙水壓力監測儀等儀器監測。其中孔隙水壓力監測儀的孔隙水壓力量程為－80kPa～200kPa，解析度0.1kPa，精度0.5%F·S；土體含水率量程為0至飽和含水率，解析度1%；溫度量程為0～70℃，解析度0.1℃，精度1%F·S。

2.6GPS全球衛星定位系統監測

在滑坡體外選取地質條件較好，基礎相對穩定的點位，作為監測基準點；在滑坡體上選擇有代表性的點位作為監測點，標志點全部採用混凝土強制對中監測墩，觀測時採取多點聯測。GPS監測方法，可進行全天候監測，不受通視條件限制，同時監測 X、Y、Z三維方向位移量，方便靈活，並可監測災害體所處地帶的區域地殼變形情況。採用的美國 Ashtech公司生產的UZ CGRS型GPS，最小采樣間隔1s，最少跟蹤和接收12顆衛星，使用Ashtech Solution 2.6軟體解算，精度可達水平3mm+1ppm，垂直6mm+2ppm。

2.7時間域反射測試技術（TDR）監測

即採用電纜中的「雷達」測試技術，在電纜中發射脈沖信號，同時進行反射信號監測。在滑坡體上選擇有代表性的點位布置監測鑽孔，將同軸電纜埋入監測孔，地表與 TDR監測儀相連接，把測試信號與反射信號相比較，根據其異常情況判斷同軸電纜的斷路、短路、變形狀態，推斷出電纜的變形部位，進而推算滑坡體地層的變形部位和位移量。TDR監測採用了固定式預置同軸電纜，成本低，可進行自上而下的全斷面連續監測，量程范圍大。

2.8宏觀監測

以定期巡查方法為主，對變形較大的滑坡體，據其變形特徵布置一定數量的簡易觀測點進行定期觀測，及時掌握其變形動態。

對於每個滑坡災害點，採用2種以上監測方法，分別監測滑坡體地表變形和滑坡體內部變形或受力變化，重要災害點採用4～5種方法同時進行監測，以便進行對比和綜合分析。監測點的布置應重點突出，控制滑坡的重點部位；照顧全面，力求能反映滑坡體整體變形情況。鑽孔孔口周圍用混凝土澆築，布置精確監測點位。

3監測效果分析

根據2003年7月至12月滑坡災害專業監測數據資料，初步分析三峽庫區地質災害預警工程監測方法及應用效果。

3.1大地形變監測

大地形變監測，開展了開縣大丘九社和巨坪九社滑坡、巫山縣狗子包滑坡和板壁塘滑坡，共4個滑坡的監測。以下以開縣大丘九社滑坡為例簡述監測效果。

大丘九社滑坡位於開縣鎮東鎮大丘九社斜坡上，滑坡平面形態近似矩形，剖面上呈凹型；分布高程205～300m，滑體長約250m、寬約300m，面積710萬m²，估計厚度20m，體積約140萬m³。滑坡發育於侏羅系中統沙溪廟組（J₂s）紫紅色泥岩及砂岩互層組成的平緩層狀斜坡中，滑坡體的物質組成主要為砂岩及砂岩碎塊石土，表層為鬆散土壤，局部出露砂岩碎塊石，為崩滑堆積體滑坡。

圖1開縣大丘九社滑坡累計位移量曲線圖

（a）X方向（b）Y方向（c）H方向 D1——監測點編號

大丘九社滑坡體上布置了3排監測點，每排3個共計9個監測點，滑坡體對面斜坡上布置了2個基準點，分別在2個基準點進行監測。監測網布置既控制了整體滑坡體又突出重點，採用前方交匯法施測。

8月5日進行了首次測量，9月21日進行D1第二次測量成果與之對比，表明變形趨勢明顯，滑體向 NEE向滑移。10月24日監測成果表明各監測點的變形趨於緩和。11月和12月監測成果表明各監測點無明顯變化（見圖1）。監測數據與宏觀調查定性分析相一致。

利用全站儀進行大地形變監測，其特點為監測方便，可隨時對一些危險滑坡監測，既可以在滑坡體上設置永久性監測樁，又可以設置臨時性監測樁；監測精度高，測點中誤差可達到3.5mm；不僅能測定相對位移，而且能監測絕對位移；在滿足測量條件下可進行連續監測，監測滑坡滑移的全過程，不存在量程限制。但該儀器監測受天氣因素和光線條件制約，難以在雨霧條件和夜間實施監測，且受地形和通視條件制約，施測以人工操作為主，不易實現自動化監測。

3.2深部位移鑽孔傾斜儀監測

深部位移鑽孔傾斜儀監測點為開縣6個滑坡、16個鑽孔，巫山縣5個滑坡、19個鑽孔，萬州區8個滑坡、24個鑽孔，共計19個滑坡、59個鑽孔。以下以開縣虎城村滑坡為例簡述監測效果。

虎城村滑坡為堆積層滑坡，位於開縣長沙鎮虎城村斜坡。該滑坡在平面近似矩形，剖面為凹形，分布高程330～400m，縱長約300m，橫寬約500m，滑體估計平均厚度12m，面積15萬m²，體積180萬m³。滑坡發育於侏羅系中統沙溪廟組（J₂s）紫紅色泥岩及泥質粉砂岩組成的水平層狀岩層斜坡上，滑體上部為崩坡積紫紅色碎石土層。滑坡威脅居民400餘人及其財產安全。該滑坡布置了3個深部位移鑽孔傾斜儀監測鑽孔。

Kx-162鑽孔位於滑體的中部。2004年10月，在9.5～10.5m測試深度處發生明顯的位移變形，本月變形量5.56mm，變形方向247°。11月，沒有增大趨勢，累積形變4.58mm，略小於10月份累積變形量，變形方向253°（見圖2）。

Kx-165鑽孔位於滑體的下部。2004年10月，在15.0～16.5m測試深度處發生明顯的位移變形（見圖3），本月變形量5.45mm，變形方向241°。11月，沒有明顯的增大趨勢，累積變形5.39mm，同10月份累積變形量相近，變形方向240°。

地質災害調查與監測技術方法論文集

圖2開縣虎城村滑坡 Kx-162鑽孔位移隨深度變化曲線

（a）EW方向（b）SN方向

圖3開縣虎城村滑坡Kx-165鑽孔位移隨深度變化曲線

（a）EW方向（b）SN方向

深部位移鑽孔傾斜儀監測方法，可在滑坡體上一定部位布置的鑽孔中，監測滑坡體內垂直方向上的淺層、中層、深層、滑動帶等滑移方向和相對滑動位移量；但在滑坡發生較大或急劇加速的位移變形時，由於鑽孔和孔內測斜管變形、破壞，測斜儀探頭不能送入鑽孔之內，可能使鑽孔失去監測價值。

3.3 滑坡推力監測

滑坡推力監測共設有2個測點、4個鑽孔：巫山縣淌里滑坡鑽孔2個，曹家沱滑坡鑽孔2個。以下以淌里滑坡為例簡述監測方法與效果。

淌里滑坡位於巫山縣曲尺鄉長江幹流左岸斜坡上，滑坡在平面形態上呈不規則的圈椅狀，前緣分布高程90m，後緣高程400m，平均坡度約30°～40°，縱長約800m，橫寬150～250m，滑體厚20m，面積24萬m²，體積490萬m³。滑坡發育於三疊系巴東組（T_2b）灰岩、泥灰岩、泥岩中，滑體物質主要為泥灰岩及泥岩碎塊石土，表層多為鬆散土層，下部碎塊石土結構密實。

Ws-t-tzk1推力孔位於滑體的下部，Ws-t-tzk2推力孔位於滑體的中部。其滑坡推力監測成果數據見圖4、圖5。推力監測曲線圖表明，各次監測數據規律性強，基本一致，感測器沒有發現明顯的數值變化。滑坡推力監測結果與宏觀監測結果和同時進行的鑽孔傾斜儀監測結果相一致，說明此階段滑坡暫時處於相對穩定的微變形狀態。

圖4巫山縣淌里滑坡 Ws-t-tzk1鑽孔滑坡推力監測曲線圖

圖5巫山縣淌里滑坡 Ws-t-tzk2鑽孔滑坡推力監測曲線圖

滑坡推力監測方法屬於固定點式監測，在鑽孔中預置感測器，用感測光纖連接，在地面用滑坡推力監測系統採集感測信息，可在滑坡體上一定部位布置的鑽孔中，自上至下監測滑坡體內垂直方向上的淺層、中層、深層、滑動帶等滑坡推力變化量，可定期進行數據採集監測；在對採集和傳輸處理系統進行改進的基礎上，可實現無值守自動化連續監測。

4結論

（1）通過多手段的綜合監測，掌握了被監測滑坡體的表面、內部自上至下滑移帶的變形及受力情況，數據綜合分析表明其反映了滑坡位移變化及動態特徵，取得了進行災害預警的重要基礎數據資料，說明採用的監測方法合理有效。

（2）鑽孔傾斜儀深部位移監測方法，當滑坡體發生一定量緩變位移後，部分鑽孔不能再進行全孔施測，造成勘察監測資金浪費和滑坡體監測點及監測部位減少。

（3）目前一月一次的監測周期，難以保證在滑坡發生滑移險情時能進行有效監測。為此應在進行專業監測的同時，進行群測群防監測。特殊情況下，對危險滑坡災害點，調整監測方案，進行加密監測或連續監測，使監測滿足預警預報要求。

（4）從長遠發展考慮，監測應以免值守、易維護、低成本、固定式、自動化快速連續採集傳輸和半自動化監測及人工監測相結合為方向，以建立起高效的地質災害監測網路與地質災害預警系統。

參考文獻

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[2]王洪德，姚秀菊，高幼龍，薛星橋.防治工程施工對鏈子崖危岩體的擾動.地球學報，2003,24（4）:375～378

[3]張青，史彥新，朱汝烈.TDR滑坡監測技術的研究.中國地質災害與防治學報，2001,12（2）:64～66

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[5]段永侯，等.中國地質災害.北京：中國建築工業出版社，1993

Ⅵ 蔡德所的研究方向

光纖感測技術及其在水利水電工程中的應用。「大壩裂縫光纖監測技術研究及壩基穩定性分析」科研報告得到了王光遠院士、黃尚廉院士的高度評價。主持完成國家自然科學基金中國博士後基金「壩工混凝土結構裂縫監測的網路式斜交光纖感測智能化系統研究」、國家「八五」重點科技攻關「含誘導縫高碾壓混凝土拱壩開裂和破壞機制研究」、國家自然科學基金「光纖感測技術研究、「三峽工程臨時船閘混凝土裂縫監測的分布式光纖感測智能化系統研究」等科研項目110餘萬元，目前承擔教育部骨幹教師項目「高混凝土面板堆石壩撓度監測的光纖感測技術研究與應用」、國家自然科學基金「混凝土面板堆石壩裂縫的光纖檢測智能化系統研究」及國家電力公司重大項目「大壩裂縫及溫度監測分布式光纖感測技術研究與應用」等科研項目，科研經費達300餘萬元。在《水利學報》、《水力發電學報》、《岩土工程學報》、《岩石力學與工程學報》、《力學進展》等刊物發表論文45篇，由中國電力出版社出版專著2部。指導培養博、碩士生10多名。

Ⅶ 大壩安全檢測中如何判斷斜裂縫傾斜方向

這個比較復雜！你可以到監測人網站上找找有沒有類似的資料。

Ⅷ 地裂縫調查與監測技術方法

一、內容概述

在國家自然科學基金委、國土資源部、中國地質調查局及地方政府的支持和資助下，長安大學地裂縫地面沉降課題組在地裂縫調查與監測技術方法方面，形成了一套包括地裂縫調查內容、調查方法與技術要求，地裂縫監測內容、監測方法與技術要求，地裂縫評價內容、評價方法與指標體系成果。

1.形成了一套系統的地裂縫調查方法

針對不同成因類型特點的地裂縫，提出了不同的調查內容和工作方法以及不同比例尺地裂縫調查的精度要求。

2.形成了一套完備的地裂縫場地勘察方法

1）根據地裂縫的出露情況及勘探標志層的不同，劃分了地裂縫場地類型（一類、二類和三類），提出了不同地裂縫場地的具體勘探手段及技術要求。

2）研發了地裂縫的精細探測與高精度解譯技術。利用多次覆蓋反射法探測所採集的資料，拾取初至反射波信息，採用CT成像技術，反演淺表層地層速度場（圖1）。開發的CT成像信息處理技術，能有效識別淺層地裂縫，解決了50m以淺地裂縫定位探測的技術難題。

圖1 CT成像有效識別淺部裂縫信息解譯剖面

3.提出了不同類型地裂縫的成因模式及機理研究方法

包括構造控縫（圖2至圖3）、應力導縫（圖4）和抽水擴縫（圖5至圖7）的地裂縫耦合成因理論。

4.提出了地裂縫監測的方法、內容及技術標准，研發了地裂縫的高精度GPS監測、InSAR監測及其融合監測技術以及監測設備

研究的GPS監測數據精密處理方法（圖8），實現了垂向精度高於3 mm的監測地面沉降地裂縫形變特徵的能力；開展的對不同區域地裂縫監測的 InSAR 技術、小基線（SBAS）技術、人工角反射器（CR）技術、新型衛星和多衛星平台的InSAR處理以及In-SAR監測的後處理方法，實現了「毫米」量級的監測精度；建立的基於GPS監測點上移動人工角反射器的GPS與CR-InSAR融合技術和通過CR和GPS融合對InSAR誤差的修正模型和方法，實現了1～2mm量級的地裂縫高精度監測。開發了地裂縫三維實時動態監測儀器，包括基於GPS移動的人工角反射器和地裂縫三向變形測量儀（圖9）等。

圖2 西安地區深部構造孕裂模型

圖3 臨潼 長安斷裂派生地裂縫模式

圖4 渭河盆地地裂縫與區域構造應力關系

5.建立了地裂縫評價的指標體系，提出了地裂縫的綜合分類方案和綜合評價方法

地裂縫評價內容包括地裂縫成因判定、活動性評價、趨勢預測、致災機理分析和危險性評價；評價指標包括鬆散地層沉積相及沉積厚度、含水層分布、地層結構、地形地貌、岩土體物理力學性質、地裂縫歷史災害程度、地下水位埋深、地下水開采強度和其他人類工程活動等；評價方法包括遺傳演算法（GA）、人工神經網路法（ANN）、灰色聚類分析法、模糊綜合評判法、層次分析法、地理信息系統（GIS）等。地裂縫按規模分為巨型、特大型、大型、中型和小型；按力學性質分為剪切型、拉張型、張剪型和壓剪型；按張開程度分為閉合、裂開、張開、寬、很寬和極寬型；按活動程度分為活動強烈、較強烈、中等和微弱；按主次關系分為主裂縫、分支裂縫和次級裂縫；按形成原因分為構造型（斷層蠕滑、地震裂縫）、非構造型（濕陷、塌陷、沉降、脹縮和滑坡裂縫等）和復合型（沉降與構造耦合）。

圖5 地裂縫與地面沉降中心關系

圖6 黏土層差異沉降壓縮擴縫模式

圖7 含水層水平位移擴縫模式

圖8 高精度HPGPSADJ軟體和GPS後處理軟體

圖9 地裂縫三向變形測量儀

二、應用范圍及應用實例

地裂縫調查與監測技術方法可應用於地質災害調查、城市建設規劃、工業民用建築、公路、鐵路和生命線等建設工程的不同階段的勘察和設計。該技術方法已成功運用於汾渭盆地、華北平原、東北地區和華東地區的地裂縫調查與監測中（圖10，圖11），在西安地鐵（圖12）、大同-西安高速鐵路（圖13）和北京未來科技城（圖14）等重大工程建設以及西安城市建設規劃中得到應用，為重大城市和重大工程減災防災做出了貢獻，並已在20餘個省市推廣，形成了地裂縫災害調查、探測與監測技術的示範。

圖10 渭河盆地西安地區地裂縫監測

圖11 太原盆地清徐地裂縫監測圖

圖12 西安地鐵四號線沿線地裂縫危險性評價

圖13 大同-西安高鐵沿線地裂縫的勘察成果

圖14 北京未來科技城國網智能電網研究院地裂縫場地的勘察評價成果

三、推廣轉化方式

該項成果已獲省部級科學技術一等獎3項，發表核心期刊論文247篇，其中SCI收錄論文41篇、EI收錄論文102篇，出版學術專著3部，獲國家專利8項、軟體著作權3項，在國內外產生了重大學術影響；在第三屆全國岩土與工程學術大會、2009～2012年全國工程地質大會、第三屆全國地面沉降防治學術研討會以及「Prevention of Geo-Hazards in Western China and The Fifth International Symposium on Mitigation of Geo-hazards in Area around Japan Sea」等國際學術會議上進行了交流，獲得國內外同行的廣泛認可，尤其是國際工程地質與環境協會（IAEG）主席Carlos Delgado教授對該成果給予了高度評價。

該成果可通過宣傳報道、會議交流、人員培訓、技術咨詢、現場服務等方式進一步推廣和應用轉化。

技術依託單位：長安大學

聯系人：楊紅斌 盧全中

通訊地址：陝西省西安市南二環路中段長安大學科技處

郵政編碼：710064

聯系電話：029-82334276，18049518981

電子郵件：[email protected]，[email protected]

Ⅸ 研究混凝土裂縫的理論意義和實踐意義分別是什麼

提高混凝土的耐久性，延長構築物的建築壽命。

Ⅹ 裂縫的研究內容

（一）裂縫識別

（1）識別裂縫發育層段，也就是識別出裂縫儲集空間的發育層位。這個層位往往是岩性較脆的、被塑性岩層分隔的岩性地層單元。

（2）識別裂縫發育地區，該區往往與構造性質和構造部位有關，例如褶皺的曲率最大部位、兩組斷裂的交叉部位裂縫最為發育。

（3）測量統計裂縫參數，包括統計裂縫的產狀、開度、充填、密度、組系關系、力學性質、深度、層位、岩性、電性特徵等參數。

（4）確定裂縫的類型，分析裂縫的成因、影響因素和形成時期。

（5）建立裂縫參數與孔隙度、滲透率和含油飽和度的定量關系。

（二）裂縫預測

裂縫預測包括：①預測裂縫發育地區及裂縫發育層段；②預測裂縫發育程度和裂縫方向；③預測裂縫區的孔隙度和滲透率；④預測裂縫的含油氣性。