光纤布拉格光栅（FBG）：边坡内部位移监测的高精度解决方案

一、背景概述

边坡失稳是当前地质灾害防控中的重点与难点问题，广泛存在于公路、铁路、水库、矿山等基础设施工程中。传统的监测手段如测斜仪、GPS、全站仪等，虽然成熟可靠，但存在布设困难、抗干扰性差、无法实现高频率长周期监测等问题。随着传感技术的发展，光纤布拉格光栅（FBG）传感器以其耐腐蚀、抗电磁干扰、可分布式嵌入的优势，在边坡变形与失稳监测中展现出巨大潜力。

FBG系统可实时感知边坡内部的应变、倾斜、渗流压力及温度变化，形成全方位的风险预警机制，特别适用于复杂地质结构和远程偏远区域，为滑坡等灾害的预测预警提供高质量的基础数据。

二、监测原理

FBG传感器核心是一段具有周期性折射率变化的光纤光栅。当土体或结构发生变形时，嵌入其中的FBG受到应力作用，光栅周期或折射率发生微小变化，从而导致反射光的布拉格波长发生偏移。

通过对波长变化进行实时解调，可反推出应变、角度、压力等参数的变化，借助多点FBG阵列布设技术，系统可以构建完整的三维位移场，精准识别滑移带位置与变形趋势。

三、关键监测参数与实现方式

1. 应变分布监测

通过将多个FBG串联安装在锚杆或土工格栅上，埋设在边坡不同深度，可实现全断面应变监测。若某一区域出现持续拉应变，通常是土体松动或剪切滑移的前兆，尤其在强降雨后，该技术可及时捕捉滑坡隐患。

2. 倾斜角度监测

FBG与倾角测量模块集成后可安装于测斜管中。边坡发生微小倾斜时，光栅波长便随之变化。根据波长与角度的标定关系，可反推出滑动方向和变形速率，适用于深层缓变形区域的长期趋势监测。

3. 渗流压力监测

通过在FBG表面封装透水石或柔性膜片，构成渗压传感器，布设于潜在渗流路径或滑动面附近。孔隙水压力变化通过膜片作用于FBG，光纤波长的微小变化反映地下水动力变化，为分析边坡稳定性提供水文依据。

4. 温度辅助修正

温度变化同样影响FBG波长。通过增加温度监测光栅，系统可对波长漂移进行热应力修正，提高变形数据的准确性，尤其在冻融环境或地下水丰富区域更为关键。

四、发展趋势与展望

光纤布拉格光栅技术为边坡监测提供了一种低功耗、高灵敏度、抗极端环境干扰的智能方案。在未来，结合人工智能、大数据与多参量融合分析，FBG监测系统将进一步实现滑坡自动识别、风险等级划分与预警响应等功能。

此外，随着柔性光纤与土体耦合结构技术的成熟，FBG在现场的适应性与空间分辨率将显著提升。配合“空-天-地”一体化监测体系，FBG将成为地质灾害监测中的关键前沿技术，为基础设施安全和生态稳定提供坚实支撑。