大坝裂缝检测方法的研究及应用

Ⅰ 李雪红的代表性论文、专着

1. 大坝裂缝的突变模型研究，水电能源科学， 2000（4）；（第一作者）
2. 梅山连拱坝垛尾缝的物理成因分析，工程力学 增刊，2001；（第一作者）
3. 主成分神经网络模型在大坝观测资料分析中的应用，大坝观测与土工测试，2001（5）；（第一作者）
4.梅山连拱坝3垛和12垛侧向位移过大的成因分析，长江科学院院报，2002，19（3）；（第一作者）
5. 混凝土坝变形的灰色回归－时序模型，河海大学学报，2002（6）；（第一作者）
6. 混凝土坝运行期裂缝演变的荷载效应分析，水力发电，2005（1）；（第一作者）
7. 基于小波分析和尖点突变模型的裂缝转异诊断，河海大学学报，2005，33（3）；（第一作者）
8. 基于ANFIS的裂缝开度不利荷载组合提取方法，长江科学院院报，2005，22（2）；（第一作者）
9. 水工混凝土结构裂缝主要成因挖掘的粗集方法，东南大学学报，2006增（Ⅱ）；（EI）（第一作者）
10. 基于小波和相空间重构的裂缝时变规律研究，水利学报，2007，38（2）；（EIE）（第一作者）
11. 大坝裂缝转异点的相平面识别法. 应用基础与工程科学学报，2007，15（2）；（EI）（第一作者）
12. 基于断裂力学理论的裂缝转异诊断. 河海大学学报（自然科学版），2008，36（2）：209-212（第一作者）
13. 大型减隔震桥梁结构分析方法，南京工业大学学报（自然科学版），2009，31（1）：78-86（第二作者

Ⅱ 裂缝的主要研究方法

（一）常规地质方法

（1）岩心观察统计上述裂缝参数，用于识别宏观裂缝的展布规律和发育程度。

（2）薄片镜下观察统计，主要描述微观裂缝的密度、性质和发育期次。

（3）注水采油等生产数据分析，用于发现张性裂缝的主要走向、裂缝渗透性大小和注水效果等。

（4）地质类比法，选择与研究区地质特征相似的野外露头区，开展细致的裂缝测量工作，总结裂缝发育规律，将露头区裂缝研究成果应用于覆盖区裂缝的预测（本书第三章有详细介绍）。

（二）地球物理学方法

1.测井方法

主要利用电阻率测井、声波测井、中子测井、密度测井、岩性测井、电磁波测井、地层倾角测井、成像测井等识别裂缝（详见本书第四章）。

2.地震方法

岩石中裂缝的存在，尤其饱含流体的裂缝会导致致密岩石物理性质的差异，形成物性界面，引起储层地震波反射特征的改变，从而在地震剖面上指示裂缝的存在。但是如何利用地震资料解释裂缝的产状和发育程度还需进行全面深入的研究。

3.重力方法

裂缝造成的岩石密度差异会在重力资料中表现出来。高精度的微重力测量可以给出裂缝的宏观分布情况。

（三）构造物理模拟

1.相似材料模拟

利用砂、粘土、橡皮泥等材料在机械受力条件下能够产生裂缝的特点，对研究区进行裂缝预测。

2.光弹模拟

在光线照射下受力树脂材料发生弹性变形会出现规则的干涉光谱，反映出应力大小的变化。根据应力与应变的关系，就能够指出裂缝发育的位置、延伸方向和发育程度。

（四）构造应力场或应变场数值模拟

1.构造应力场数值模拟

在建立地质模型的基础上，用有限元法计算各点的最大主应力、最小主应力和最大剪应力，并计算各点的主应力方向和剪应力方向，根据岩石的破裂极限来预测裂缝发育带和延伸方向，或者根据应变能计算裂缝发育程度。美国明尼苏达大学与美国Itascacon Sulting Group Inc 合作开发的计算程序 FLAC 3D 99版是目前最先进的构造应力场计算程序。它具有三维模拟功能，可以计算出研究区不同性质的裂缝发育部位和产状。

2.有限变形数值模拟

该技术是在有限变形理论的指导下编制的计算软件。它用叠加和分解的方法把物体变形过程中的应变和转动分离开来，建立位移函数，计算转动特征量-平均整旋角，用平均整旋角的平面变化表示构造裂缝的发育程度和延伸方向。

3.岩层曲率数值模拟

岩层受力变形，在岩层弯曲部位会产生张裂缝，曲率值与裂缝发育程度存在密切的相关性。用曲率法可计算裂缝发育程度和岩石的孔隙度。

4.分形分维数值计算

物体具有自相似性，即局部是整体的成比例缩小。通过岩心微观裂缝的研究能够计算断块的宏观裂缝的展布方向和裂缝的储集性能。同样在一个地区断层研究的基础上能够计算断块中裂缝的分布状况。

Ⅲ 裂缝监测技术在煤层气井压裂中的应用初探

张 健

( 中联煤层气有限责任公司 北京 100011)

摘 要: 采用井下微地震监测技术和电位法监测技术对压裂过程中的裂缝形态进行了实时监测，结果表明: 井下微地震监测实现了对裂缝方位、高度、长度、对称性及裂缝随时间的延伸情况的有效解释。电位法测试技术适用于规模较大型压裂，特别适合于浅井大型水力压裂。对同一口井应用两种技术实施监测结果表明，裂缝监测能够有效反映压裂裂缝的水平走向，有助于认清该区地层应力分布状态，但垂向扩展仅能反映事件频率，无法实现对裂缝高度和宽度的有效分析监测。

关键词: 压裂 裂缝监测 煤层气 微地震 电位法

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

基金项目: 国家科技重大专项项目 42 “深煤层煤层气开发技术研究和装备研制”( 2011ZX05042) 。

作者简介: 张健，1981 年生，博士，2009 年毕业于中国石油大学 ( 北京) 并获得博士学位; 主要从事煤层气开发和现代完井工程研究。地址: ( 100011) 北京市东城区安外大街甲 88 号。Email: zhangjian@ chinacbm. com。

1 引言

目前我国煤层气开发主要采用压裂提高采收率技术，压裂参数优化设计对于完善压裂方案、提高单井产能十分重要。前期压裂方案以浅层、经验为主，随着煤层深度增加，有必要建立适用于较深煤层的压裂参数组合，通过采用井下微地震监测技术和电位法监测技术对现有压裂方案下的施工裂缝形态进行了实时监测，为进一步完善煤层气压裂技术提供了技术支持。

2 测试原理

2.1 井下微地震测试原理

井下微地震测试方法是在邻井监测直井压裂作业，通过使用井下三分量地震成像系统监测压裂过程中产生的微地震事件，对采集到的井下三分量微地震数据进行解释，得到压裂形成裂缝的空间展布(方位、长度)^［1，2］。

2.1.1 微地震的起源

微地震源于由于压力影响围绕着水力裂缝的一定区域内，该区域内的微地震事件包括:裂缝尖端的应力改变诱发微地震，液体滤失诱发微地震，地层薄弱面处诱发微地震。

2.1.2 微地震产生点距离的确定

地层由于应力状态改变产生剪切滑动并诱发压缩波(P波)和剪切波(S波)，P波传播速度大于S波，随着传播距离的增加，初至波的时差增大，利用三分量检波器接收可分辨不同分量的剪切波和压缩波，从而确定微地震点产生距离。

2.1.3 微地震方位的确定

采用振幅交汇图方法，即建立P波首波的振幅交汇图确定微地震震源的方向，压缩波的传播方向和振动方向一致，跟踪一个周期内质点的振动即可确定其传播方位α，如图1所示。现场测试系统包括数据记录系统、SeisNet工作站和质量控制系统，实现数据的保存、分析，如图2所示。

图1 微地震方位确定示意图

图2 测试系统示意图

2.2 电位法测试原理

电位法监测技术以传导类电法勘探基本理论为依据，通过监测注入到目的层的压裂液引起的地面电场变化获得裂缝方位、长度、形态等参数^［3，4］。

假设地层为无限大均匀介质，采用环形测量方式，在供电电极外任一点M观测电场的电位为:

中国煤层气技术进展: 2011 年煤层气学术研讨会论文集

式中:ρ为地层视电阻率，Ω·m;I为供电电流强度，A;h为测试目的层深度，m;r为观测点M到点源之间的距离，m。

当场源为任意形状时，计算外电场电位应首先在场源处划出一个面元ds，如果ds处的电流密度为j，则从ds处流出的电流为jds，它在观测点M产生的电位dU_M仿上式可写为:

中国煤层气技术进展: 2011 年煤层气学术研讨会论文集

积分得外电场电位为:

中国煤层气技术进展: 2011 年煤层气学术研讨会论文集

现场测试所用的仪器系统由测量系统(经纬仪)、供电系统(ZT7000型发电机)、发送系统和接收系统(HGQ-5/10kW/Js-03发送接收系统)四部分组成，如图3所示。

图3 测试装置示意图

3 现场应用与评价

对山西沁水盆地施工区域五口井进行了电位法监测，对三口井实施了井下微地震监测。电位法监测显示:压裂施工形成了一组两翼方向基本对称或略有夹角的不等长裂缝，如图4所示，地层渗透率各向异性和构造应力复杂是造成该现象的主要因素。对氮气注入实验井的监测结果表明:由于煤层中氮气等气体化学性质不活泼，其在煤层中仍然以分子形式存在，因此基本不改变煤储层的导电性能，通过电位法难以实现监测其在煤储层中的分布。

井下微地震监测结果显示，裂缝向两个方向延伸且不对称，监测到的微地震事件大多位于煤层以上的地层，微地震事件发生范围较广，如图5所示。

4 结论

(1)井下微地震监测实现了对裂缝方位、长度、对称性及裂缝随时间的延伸情况的有效解释。

(2)电位法测试技术适用于规模较大型压裂，特别适合于浅井大型水力压裂。

(3)对同一口井应用两种技术实施监测结果表明，裂缝监测能够有效反映压裂裂缝的水平走向，有助于认清该区地层应力分布状态，但垂向扩展仅能反映事件频率，无法实现对裂缝高度和宽度的有效分析监测。

图4 电位法监测压裂裂缝水平投影图

图5 微地震监测压裂裂缝剖面图

参考文献

［1］夏永学，潘俊锋，王元杰等.2011.基于高精度微震监测的煤岩破裂与应力分布特征研究［J］.煤炭学报，36(2):239～243

［2］徐剑平.2011.裂缝监测方法研究及应用实例［J］.科学技术与工程，11(11):2575～2577，2581

［3］王香增.2006.井地电位法在煤层气井压裂裂缝监测中的应用［J］.煤炭工程，5:36～37

［4］郭建春，李勇明等.2009.电位法裂缝测试技术研究与应用［J］.石油地质与工程，23(3):127～129

Ⅳ 汪曣的科研项目

完成项目
① “内燃机排气成分动态测试方法的研究”，98.1～2000.12，国家自然科学基金，12万元，项目排名2，承担总体设计和关键技术研究；
② “无创人体血糖浓度检测技术研究及产品开发”，十五国家科技攻关项目，30万元，天津市科学技术委员会配套15万元，列主持单位“主要研究人员”第一位，承担检测技术研究。
③“无创伤人体血糖浓度光学检测方法论及应用条件的研究”，国家自然科学基金，18万元，列主持单位“主要成员”第二位。
④ “无创伤人体血糖浓度光学检测方法的基础研究”，天津市自然科学基金，28万元，列主持单位“主要成员”第二位。
⑤“农药残留检测技术及应用产品的研制”，中国科学院沈阳科学仪器研制中心横向协作，20万元，项目负责人。
⑥“TCP-1型摩托车排气污染物测量装置”，天津世纪动力科技发展有限公司横向协作，100万元，项目负责人。
⑦“激光法高效合成纳米金刚石的研究”，教育部，5万元，项目排名3，承担实验研究。
在研项目
① “无创人体血糖浓度检测技术及产品开发”，十五国家科技攻关项目二期，100万元，列主持单位“主要研究人员”第一位，承担分析测试技术及仪器的研究。
② “基于TEAM模块的分析系统研制及其应用研究”，天津世纪动力科技发展有限公司横向协作，10万元，项目负责人。
③ “新型摩托车排气污染物测量装置研发及产业化” 天津世纪动力科技发展有限公司横向协作，90万元，项目负责人。
主要论着
近五年发表的论文 近五年发表的论文中，被SCI收录的有2篇，EI收录8篇，在重要期刊上发表16篇，部分发表的论文如下所列：
1 “发动机排放动态测试及其高速数据系统”， 汪曣、张宏伟、赵学玒，《电子测量与仪器学报》，V0l. 14.4.（2000）
2 “电容式保温瓶玻璃毛坯自动测厚的研究”， 田锡惠、汪曣、赵学玒、任惠茹，《仪器仪表学报》，V0l.21.4.（2000）
3 “飞行时间质谱仪在内燃机排放成分动态检测中的应用”， 汪曣、张惠明、赵学玒，《燃烧科学与技术》，V0l.6. 3.(2000)
4 “内燃机排气成分动态检测方法的研究”， 张惠明、汪曣、张宏伟，《农业机械学报》，Vol.32,No.3, (2001)
5 “牛奶主要成分含量近红外光谱快速测量法”，李庆波、汪曣、王斌、徐可欣 ，《食品科学》，Vol.23,No.6, （2002）.
6 “New Advancement in Noninvasive Measurement of Blood Glucose by NIR Spectros”，李庆波、汪曣、徐可欣，Photonics Asia SPIE Vol.4916，（2002），P457-464[4916-88]，ISTP检索，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检索，EI02517276335
8 “四极质谱用于内燃机排气成分检测的研究”，张惠明、张宇、汪曣，《内燃机学报》，Vol.20,No.5,（2002）.
9 “人体血糖浓度无创伤检测必要测量条件的研究”，李庆波、徐可欣、汪曣，《天津大学学报》，Vol.36,No.2,（2003）.
10 “葡萄糖水溶液浓度的近红外光谱测量法—无创伤人体血糖浓度光学检测方法基础研究”，李庆波、张鲁、汪曣、胡小唐、徐可欣，《中国生物医学工程学报》。
11 “冰片的近红外光谱法检测”，谷筱玉、汪曣*、徐可欣，《光谱学与光谱分析》24(2) (谷筱玉为本人指导的硕士研究生) SCI检索778LJ, EI04238195610
12 “应用红外光谱技术进行农药残留快速检测的探索”，李文秀、汪曣*、徐可欣、雷震霖，《光谱学与光谱分析》24(10) SCI867ZM ,EI05038797996
13 “光程长对光谱测量误差影响的研究”，卢延辉，汪曣等，天津大学学报NO.8（2004）。
14 “信号分离技术在同时检测液体密度和粘度中的应用” 《电子测量与仪器学报》，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 “一元线性回归和偏最小二乘法在冰片研究中的对比” 孙惠丽,汪曣等,中草药v36 n3
18 “提高中红外光谱法检测血糖精度的途径”, 汪曣,李宁等，生物医学工程学杂志(录用待排)；
19 “利用单片机定时器实现信号采样和PWM控制”，李宁，汪曣，微型机与应用2004 n7
20 “数字滤波技术用于差分光学吸收光谱分析”， 汪曣, 李宁等，2004年ISIST国际会议3-241
21 “摩托车排气污染物自动检测系统设计”， 汪曣,王智丽等，2004年ISIST国际会议12-9 22 “海水营养盐现场自动分析系统”， 汪曣,王智丽等，2004年ISIST国际会议12－8

Ⅳ 浅议三峡库区地质灾害预警工程常用监测方法及应用

王爱军^1,2薛星桥^1,2

(¹中国地质大学（武汉），湖北武汉，430074；

²中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所，河北保定，071051）

【摘要】长江三峡库区地质灾害预警监测是服务于地质灾害防治、保障三峡工程建设安全的主要基础工作。开县、万州区、巫山县的38个滑坡灾害专业监测点，采用大地形变监测、深部位移钻孔倾斜仪监测、地下水动态监测、滑坡推力监测、地表裂缝相对位移监测、GPS全球卫星定位系统监测、TDR时间域反射监测和宏观监测等综合系列监测方法。每个滑坡灾害点，采用2种以上监测方法，分别监测滑坡体地表内部变形或受力变化；重要灾害点采用4～5种方法同时进行监测，以便进行对比和综合分析。对滑坡监测及监测成果统计分析，多种监测数据成果具有明显的一致性和相关性，反映了滑坡体的变形情况和特征，证实监测方法合理有效，监测成果将为地质灾害预警工程和地质灾害防治工程提供可靠依据。

【关键词】三峡库区地质灾害预警工程监测方法应用

1前言

长江三峡库区自然地质条件复杂，是地质灾害的多发区和重灾区。三峡工程的兴建和百万移民工程，在一定程度上改变了原有地质环境的平衡状态，加剧了地质灾害的发生。随着三峡工程建设的不断推进，库区地质灾害对三峡工程和库区人民生命财产安全的影响日益增加，及时有效地防治库区地质灾害已成为三峡工程建设的重要任务之一。地质灾害预警监测工作是实现地质灾害防治的主要基础工作。

三峡库区共有38个滑坡灾害专业监测点在进行专业监测工作，其中重庆市开县14个、万州区14个、巫山县10个。

2监测方法

2.1大地形变监测

采用全站仪监测。在滑坡体外选取地质条件较好、基础相对稳定的点位作为监测基准点，在滑坡体上选择有代表性的点位作为监测点，标志点全部采用混凝土强制对中监测墩。

2.2深部位移监测

采用钻孔倾斜仪进行监测。在滑坡体上选择有代表性的点位布置测斜钻孔，分别在其主滑方向和垂直主滑方向上进行正反两回次自下而上的测读，监测点间距0.5m，使用移动式“CX-01型重力加速度计式钻孔测斜仪”，监测数据稳定后自动记录，每期监测共记录4组数据。

2.3滑坡推力监测

在滑坡体上选择有代表性的点位布置钻孔，在钻孔中选择适当的深度部位，预置一系列滑坡推力传感器，用传导光纤连接至地面，每次监测采用“BHT－Ⅱ型崩塌滑坡推力监测系统”测量记录各点数据。

2.4地表裂缝相对位移监测

在裂缝的两侧适当部位安置数套裂缝计，进行原位裂缝相对位移监测。机械式监测具有干扰少、可信度高、性能稳定特点，监测记录数据可直接做出时间—位移曲线，测量结果直观性强。仪器一般量程范围在25～100mm间，读数器的分辨率为0.01mm，操作温度在－40℃～＋105℃之间。

2.5地下水动态监测

在滑坡体上选择有代表性的点位布置钻孔，对地下水水位，孔隙水压力、土体含水率、温度等参数监测，采用自动水位记录仪、孔隙水压力监测仪等仪器监测。其中孔隙水压力监测仪的孔隙水压力量程为－80kPa～200kPa，分辨率0.1kPa，精度0.5%F·S；土体含水率量程为0至饱和含水率，分辨率1%；温度量程为0～70℃，分辨率0.1℃，精度1%F·S。

2.6GPS全球卫星定位系统监测

在滑坡体外选取地质条件较好，基础相对稳定的点位，作为监测基准点；在滑坡体上选择有代表性的点位作为监测点，标志点全部采用混凝土强制对中监测墩，观测时采取多点联测。GPS监测方法，可进行全天候监测，不受通视条件限制，同时监测 X、Y、Z三维方向位移量，方便灵活，并可监测灾害体所处地带的区域地壳变形情况。采用的美国 Ashtech公司生产的UZ CGRS型GPS，最小采样间隔1s，最少跟踪和接收12颗卫星，使用Ashtech Solution 2.6软件解算，精度可达水平3mm+1ppm，垂直6mm+2ppm。

2.7时间域反射测试技术（TDR）监测

即采用电缆中的“雷达”测试技术，在电缆中发射脉冲信号，同时进行反射信号监测。在滑坡体上选择有代表性的点位布置监测钻孔，将同轴电缆埋入监测孔，地表与 TDR监测仪相连接，把测试信号与反射信号相比较，根据其异常情况判断同轴电缆的断路、短路、变形状态，推断出电缆的变形部位，进而推算滑坡体地层的变形部位和位移量。TDR监测采用了固定式预置同轴电缆，成本低，可进行自上而下的全断面连续监测，量程范围大。

2.8宏观监测

以定期巡查方法为主，对变形较大的滑坡体，据其变形特征布置一定数量的简易观测点进行定期观测，及时掌握其变形动态。

对于每个滑坡灾害点，采用2种以上监测方法，分别监测滑坡体地表变形和滑坡体内部变形或受力变化，重要灾害点采用4～5种方法同时进行监测，以便进行对比和综合分析。监测点的布置应重点突出，控制滑坡的重点部位；照顾全面，力求能反映滑坡体整体变形情况。钻孔孔口周围用混凝土浇筑，布置精确监测点位。

3监测效果分析

根据2003年7月至12月滑坡灾害专业监测数据资料，初步分析三峡库区地质灾害预警工程监测方法及应用效果。

3.1大地形变监测

大地形变监测，开展了开县大丘九社和巨坪九社滑坡、巫山县狗子包滑坡和板壁塘滑坡，共4个滑坡的监测。以下以开县大丘九社滑坡为例简述监测效果。

大丘九社滑坡位于开县镇东镇大丘九社斜坡上，滑坡平面形态近似矩形，剖面上呈凹型；分布高程205～300m，滑体长约250m、宽约300m，面积710万m²，估计厚度20m，体积约140万m³。滑坡发育于侏罗系中统沙溪庙组（J₂s）紫红色泥岩及砂岩互层组成的平缓层状斜坡中，滑坡体的物质组成主要为砂岩及砂岩碎块石土，表层为松散土壤，局部出露砂岩碎块石，为崩滑堆积体滑坡。

图1开县大丘九社滑坡累计位移量曲线图

（a）X方向（b）Y方向（c）H方向 D1——监测点编号

大丘九社滑坡体上布置了3排监测点，每排3个共计9个监测点，滑坡体对面斜坡上布置了2个基准点，分别在2个基准点进行监测。监测网布置既控制了整体滑坡体又突出重点，采用前方交汇法施测。

8月5日进行了首次测量，9月21日进行D1第二次测量成果与之对比，表明变形趋势明显，滑体向 NEE向滑移。10月24日监测成果表明各监测点的变形趋于缓和。11月和12月监测成果表明各监测点无明显变化（见图1）。监测数据与宏观调查定性分析相一致。

利用全站仪进行大地形变监测，其特点为监测方便，可随时对一些危险滑坡监测，既可以在滑坡体上设置永久性监测桩，又可以设置临时性监测桩；监测精度高，测点中误差可达到3.5mm；不仅能测定相对位移，而且能监测绝对位移；在满足测量条件下可进行连续监测，监测滑坡滑移的全过程，不存在量程限制。但该仪器监测受天气因素和光线条件制约，难以在雨雾条件和夜间实施监测，且受地形和通视条件制约，施测以人工操作为主，不易实现自动化监测。

3.2深部位移钻孔倾斜仪监测

深部位移钻孔倾斜仪监测点为开县6个滑坡、16个钻孔，巫山县5个滑坡、19个钻孔，万州区8个滑坡、24个钻孔，共计19个滑坡、59个钻孔。以下以开县虎城村滑坡为例简述监测效果。

虎城村滑坡为堆积层滑坡，位于开县长沙镇虎城村斜坡。该滑坡在平面近似矩形，剖面为凹形，分布高程330～400m，纵长约300m，横宽约500m，滑体估计平均厚度12m，面积15万m²，体积180万m³。滑坡发育于侏罗系中统沙溪庙组（J₂s）紫红色泥岩及泥质粉砂岩组成的水平层状岩层斜坡上，滑体上部为崩坡积紫红色碎石土层。滑坡威胁居民400余人及其财产安全。该滑坡布置了3个深部位移钻孔倾斜仪监测钻孔。

Kx-162钻孔位于滑体的中部。2004年10月，在9.5～10.5m测试深度处发生明显的位移变形，本月变形量5.56mm，变形方向247°。11月，没有增大趋势，累积形变4.58mm，略小于10月份累积变形量，变形方向253°（见图2）。

Kx-165钻孔位于滑体的下部。2004年10月，在15.0～16.5m测试深度处发生明显的位移变形（见图3），本月变形量5.45mm，变形方向241°。11月，没有明显的增大趋势，累积变形5.39mm，同10月份累积变形量相近，变形方向240°。

地质灾害调查与监测技术方法论文集

图2开县虎城村滑坡 Kx-162钻孔位移随深度变化曲线

（a）EW方向（b）SN方向

图3开县虎城村滑坡Kx-165钻孔位移随深度变化曲线

（a）EW方向（b）SN方向

深部位移钻孔倾斜仪监测方法，可在滑坡体上一定部位布置的钻孔中，监测滑坡体内垂直方向上的浅层、中层、深层、滑动带等滑移方向和相对滑动位移量；但在滑坡发生较大或急剧加速的位移变形时，由于钻孔和孔内测斜管变形、破坏，测斜仪探头不能送入钻孔之内，可能使钻孔失去监测价值。

3.3 滑坡推力监测

滑坡推力监测共设有2个测点、4个钻孔：巫山县淌里滑坡钻孔2个，曹家沱滑坡钻孔2个。以下以淌里滑坡为例简述监测方法与效果。

淌里滑坡位于巫山县曲尺乡长江干流左岸斜坡上，滑坡在平面形态上呈不规则的圈椅状，前缘分布高程90m，后缘高程400m，平均坡度约30°～40°，纵长约800m，横宽150～250m，滑体厚20m，面积24万m²，体积490万m³。滑坡发育于三叠系巴东组（T_2b）灰岩、泥灰岩、泥岩中，滑体物质主要为泥灰岩及泥岩碎块石土，表层多为松散土层，下部碎块石土结构密实。

Ws-t-tzk1推力孔位于滑体的下部，Ws-t-tzk2推力孔位于滑体的中部。其滑坡推力监测成果数据见图4、图5。推力监测曲线图表明，各次监测数据规律性强，基本一致，传感器没有发现明显的数值变化。滑坡推力监测结果与宏观监测结果和同时进行的钻孔倾斜仪监测结果相一致，说明此阶段滑坡暂时处于相对稳定的微变形状态。

图4巫山县淌里滑坡 Ws-t-tzk1钻孔滑坡推力监测曲线图

图5巫山县淌里滑坡 Ws-t-tzk2钻孔滑坡推力监测曲线图

滑坡推力监测方法属于固定点式监测，在钻孔中预置传感器，用传感光纤连接，在地面用滑坡推力监测系统采集传感信息，可在滑坡体上一定部位布置的钻孔中，自上至下监测滑坡体内垂直方向上的浅层、中层、深层、滑动带等滑坡推力变化量，可定期进行数据采集监测；在对采集和传输处理系统进行改进的基础上，可实现无值守自动化连续监测。

4结论

（1）通过多手段的综合监测，掌握了被监测滑坡体的表面、内部自上至下滑移带的变形及受力情况，数据综合分析表明其反映了滑坡位移变化及动态特征，取得了进行灾害预警的重要基础数据资料，说明采用的监测方法合理有效。

（2）钻孔倾斜仪深部位移监测方法，当滑坡体发生一定量缓变位移后，部分钻孔不能再进行全孔施测，造成勘察监测资金浪费和滑坡体监测点及监测部位减少。

（3）目前一月一次的监测周期，难以保证在滑坡发生滑移险情时能进行有效监测。为此应在进行专业监测的同时，进行群测群防监测。特殊情况下，对危险滑坡灾害点，调整监测方案，进行加密监测或连续监测，使监测满足预警预报要求。

（4）从长远发展考虑，监测应以免值守、易维护、低成本、固定式、自动化快速连续采集传输和半自动化监测及人工监测相结合为方向，以建立起高效的地质灾害监测网络与地质灾害预警系统。

参考文献

[1]王洪德，高幼龙，薛星桥，朱汝烈.链子崖危岩体防治工程监测预报系统及效果.中国地质灾害与防治学报，2001,12（2）:59～63

[2]王洪德，姚秀菊，高幼龙，薛星桥.防治工程施工对链子崖危岩体的扰动.地球学报，2003,24（4）:375～378

[3]张青，史彦新，朱汝烈.TDR滑坡监测技术的研究.中国地质灾害与防治学报，2001,12（2）:64～66

[4]董颖，朱晓冬，李媛，高速，周平根.我国地质灾害监测技术方法.中国地质灾害与防治学报，2001,13（1）:105～107

[5]段永侯，等.中国地质灾害.北京：中国建筑工业出版社，1993

Ⅵ 蔡德所的研究方向

光纤传感技术及其在水利水电工程中的应用。“大坝裂缝光纤监测技术研究及坝基稳定性分析”科研报告得到了王光远院士、黄尚廉院士的高度评价。主持完成国家自然科学基金中国博士后基金“坝工混凝土结构裂缝监测的网络式斜交光纤传感智能化系统研究”、国家“八五”重点科技攻关“含诱导缝高碾压混凝土拱坝开裂和破坏机制研究”、国家自然科学基金“光纤传感技术研究、“三峡工程临时船闸混凝土裂缝监测的分布式光纤传感智能化系统研究”等科研项目110余万元，目前承担教育部骨干教师项目“高混凝土面板堆石坝挠度监测的光纤传感技术研究与应用”、国家自然科学基金“混凝土面板堆石坝裂缝的光纤检测智能化系统研究”及国家电力公司重大项目“大坝裂缝及温度监测分布式光纤传感技术研究与应用”等科研项目，科研经费达300余万元。在《水利学报》、《水力发电学报》、《岩土工程学报》、《岩石力学与工程学报》、《力学进展》等刊物发表论文45篇，由中国电力出版社出版专着2部。指导培养博、硕士生10多名。

Ⅶ 大坝安全检测中如何判断斜裂缝倾斜方向

这个比较复杂！你可以到监测人网站上找找有没有类似的资料。

Ⅷ 地裂缝调查与监测技术方法

一、内容概述

在国家自然科学基金委、国土资源部、中国地质调查局及地方政府的支持和资助下，长安大学地裂缝地面沉降课题组在地裂缝调查与监测技术方法方面，形成了一套包括地裂缝调查内容、调查方法与技术要求，地裂缝监测内容、监测方法与技术要求，地裂缝评价内容、评价方法与指标体系成果。

1.形成了一套系统的地裂缝调查方法

针对不同成因类型特点的地裂缝，提出了不同的调查内容和工作方法以及不同比例尺地裂缝调查的精度要求。

2.形成了一套完备的地裂缝场地勘察方法

1）根据地裂缝的出露情况及勘探标志层的不同，划分了地裂缝场地类型（一类、二类和三类），提出了不同地裂缝场地的具体勘探手段及技术要求。

2）研发了地裂缝的精细探测与高精度解译技术。利用多次覆盖反射法探测所采集的资料，拾取初至反射波信息，采用CT成像技术，反演浅表层地层速度场（图1）。开发的CT成像信息处理技术，能有效识别浅层地裂缝，解决了50m以浅地裂缝定位探测的技术难题。

图1 CT成像有效识别浅部裂缝信息解译剖面

3.提出了不同类型地裂缝的成因模式及机理研究方法

包括构造控缝（图2至图3）、应力导缝（图4）和抽水扩缝（图5至图7）的地裂缝耦合成因理论。

4.提出了地裂缝监测的方法、内容及技术标准，研发了地裂缝的高精度GPS监测、InSAR监测及其融合监测技术以及监测设备

研究的GPS监测数据精密处理方法（图8），实现了垂向精度高于3 mm的监测地面沉降地裂缝形变特征的能力；开展的对不同区域地裂缝监测的 InSAR 技术、小基线（SBAS）技术、人工角反射器（CR）技术、新型卫星和多卫星平台的InSAR处理以及In-SAR监测的后处理方法，实现了“毫米”量级的监测精度；建立的基于GPS监测点上移动人工角反射器的GPS与CR-InSAR融合技术和通过CR和GPS融合对InSAR误差的修正模型和方法，实现了1～2mm量级的地裂缝高精度监测。开发了地裂缝三维实时动态监测仪器，包括基于GPS移动的人工角反射器和地裂缝三向变形测量仪（图9）等。

图2 西安地区深部构造孕裂模型

图3 临潼 长安断裂派生地裂缝模式

图4 渭河盆地地裂缝与区域构造应力关系

5.建立了地裂缝评价的指标体系，提出了地裂缝的综合分类方案和综合评价方法

地裂缝评价内容包括地裂缝成因判定、活动性评价、趋势预测、致灾机理分析和危险性评价；评价指标包括松散地层沉积相及沉积厚度、含水层分布、地层结构、地形地貌、岩土体物理力学性质、地裂缝历史灾害程度、地下水位埋深、地下水开采强度和其他人类工程活动等；评价方法包括遗传算法（GA）、人工神经网络法（ANN）、灰色聚类分析法、模糊综合评判法、层次分析法、地理信息系统（GIS）等。地裂缝按规模分为巨型、特大型、大型、中型和小型；按力学性质分为剪切型、拉张型、张剪型和压剪型；按张开程度分为闭合、裂开、张开、宽、很宽和极宽型；按活动程度分为活动强烈、较强烈、中等和微弱；按主次关系分为主裂缝、分支裂缝和次级裂缝；按形成原因分为构造型（断层蠕滑、地震裂缝）、非构造型（湿陷、塌陷、沉降、胀缩和滑坡裂缝等）和复合型（沉降与构造耦合）。

图5 地裂缝与地面沉降中心关系

图6 黏土层差异沉降压缩扩缝模式

图7 含水层水平位移扩缝模式

图8 高精度HPGPSADJ软件和GPS后处理软件

图9 地裂缝三向变形测量仪

二、应用范围及应用实例

地裂缝调查与监测技术方法可应用于地质灾害调查、城市建设规划、工业民用建筑、公路、铁路和生命线等建设工程的不同阶段的勘察和设计。该技术方法已成功运用于汾渭盆地、华北平原、东北地区和华东地区的地裂缝调查与监测中（图10，图11），在西安地铁（图12）、大同-西安高速铁路（图13）和北京未来科技城（图14）等重大工程建设以及西安城市建设规划中得到应用，为重大城市和重大工程减灾防灾做出了贡献，并已在20余个省市推广，形成了地裂缝灾害调查、探测与监测技术的示范。

图10 渭河盆地西安地区地裂缝监测

图11 太原盆地清徐地裂缝监测图

图12 西安地铁四号线沿线地裂缝危险性评价

图13 大同-西安高铁沿线地裂缝的勘察成果

图14 北京未来科技城国网智能电网研究院地裂缝场地的勘察评价成果

三、推广转化方式

该项成果已获省部级科学技术一等奖3项，发表核心期刊论文247篇，其中SCI收录论文41篇、EI收录论文102篇，出版学术专着3部，获国家专利8项、软件着作权3项，在国内外产生了重大学术影响；在第三届全国岩土与工程学术大会、2009～2012年全国工程地质大会、第三届全国地面沉降防治学术研讨会以及“Prevention of Geo-Hazards in Western China and The Fifth International Symposium on Mitigation of Geo-hazards in Area around Japan Sea”等国际学术会议上进行了交流，获得国内外同行的广泛认可，尤其是国际工程地质与环境协会（IAEG）主席Carlos Delgado教授对该成果给予了高度评价。

该成果可通过宣传报道、会议交流、人员培训、技术咨询、现场服务等方式进一步推广和应用转化。

技术依托单位：长安大学

联系人：杨红斌 卢全中

通讯地址：陕西省西安市南二环路中段长安大学科技处

邮政编码：710064

联系电话：029-82334276，18049518981

电子邮件：[email protected]，[email protected]

Ⅸ 研究混凝土裂缝的理论意义和实践意义分别是什么

提高混凝土的耐久性，延长构筑物的建筑寿命。

Ⅹ 裂缝的研究内容

（一）裂缝识别

（1）识别裂缝发育层段，也就是识别出裂缝储集空间的发育层位。这个层位往往是岩性较脆的、被塑性岩层分隔的岩性地层单元。

（2）识别裂缝发育地区，该区往往与构造性质和构造部位有关，例如褶皱的曲率最大部位、两组断裂的交叉部位裂缝最为发育。

（3）测量统计裂缝参数，包括统计裂缝的产状、开度、充填、密度、组系关系、力学性质、深度、层位、岩性、电性特征等参数。

（4）确定裂缝的类型，分析裂缝的成因、影响因素和形成时期。

（5）建立裂缝参数与孔隙度、渗透率和含油饱和度的定量关系。

（二）裂缝预测

裂缝预测包括：①预测裂缝发育地区及裂缝发育层段；②预测裂缝发育程度和裂缝方向；③预测裂缝区的孔隙度和渗透率；④预测裂缝的含油气性。