基于地聲檢知器和光纖光柵監(jiān)測系統(tǒng)的泥石流地聲特性研究.pdf

1、本文目的在于利用地聲檢知器和光纖光柵監(jiān)測系統(tǒng)，探測模擬實(shí)驗所產(chǎn)生的泥石流地表振動。光纖光柵系統(tǒng)具有敏感度高、傳輸損耗低、抗電磁干擾強(qiáng)的優(yōu)勢，可以彌補(bǔ)地聲檢知器監(jiān)測地聲范圍小、容易衰減、信號質(zhì)量不佳的不足。地聲信號的采集主要以地聲檢知器系統(tǒng)為主，光纖光柵系統(tǒng)為輔。本文主要的分析方法有快速傅里葉變換(FFT)、Gabor變換、互相關(guān)分析法和每單位時間累計能量法。本文主要內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　1.以美國Geospace公司生產(chǎn)GS-20

2、DX地聲檢知器為傳感器組建泥石流地聲監(jiān)測系統(tǒng);并結(jié)合自主研發(fā)的光柵加速度傳感器，構(gòu)建光纖光柵監(jiān)測系統(tǒng)。
　　2.設(shè)計泥石流模擬實(shí)驗方案，以產(chǎn)生地聲。單一石塊自由落體撞擊礫石層實(shí)驗;不同泥石流材料撞擊、摩擦地表實(shí)驗;地聲能量的衰減特性及其傳播速度的研究實(shí)驗。
　　3.探討研究實(shí)驗所產(chǎn)生的地聲時域特性、主要頻率范圍、時間-頻率特性、地聲能量的衰減特性及其傳播速度。不同實(shí)驗材料條件下，通過同一傳感器信號的特性對比。由時域?qū)Ρ冉Y(jié)果可

3、知:大礫石速度振幅值最大，其次是小礫石，再次是粉土，粗砂和細(xì)砂速度振幅值最小;頻域?qū)Ρ冉Y(jié)果表明:大礫石、小礫石、粉土撞擊或摩擦地表所產(chǎn)生的地聲主要頻率范圍分別為20Hz～350Hz、20Hz～250Hz、20Hz～200Hz。粗砂和細(xì)砂的主要頻率范圍難以分辨，這反映了它們對泥石流主要頻率基本沒有貢獻(xiàn)。相同實(shí)驗材料條件下不同傳感器的信號特性對比。時域?qū)Ρ冉Y(jié)果反映了地聲能量隨距離增大而衰減的特性;頻域?qū)Ρ冉Y(jié)果可知:頻域圖形狀相似，相同實(shí)驗條

4、件下不同傳感器探測分析的主要頻域范圍基本一致。對泥石流傳播速度的探討可知:地表材料越密實(shí)，泥石流地聲傳播速度的衰減越慢;反之亦然。
　　4.利用互相關(guān)分析法和每單位時間累積能量法，均可可以推算出大礫石實(shí)驗條件下材料運(yùn)動的平均速度。小礫石、粗砂、細(xì)砂、粉土實(shí)驗材料產(chǎn)生的地聲信號不明顯。通過分析表明:沒有礫石撞擊或摩擦地表產(chǎn)生較大地聲速度振幅，則采用以上兩種方法均不能推算出平均流速。
　　5.對比地聲檢知器系統(tǒng)與光纖光柵系統(tǒng)監(jiān)測