我国是一个滑坡地质灾害多发的国家,据统计,我国每年因滑坡灾害造成的经济损失近100亿元,死亡人数近千人。近年来,随着监测方法的完善和监测仪器的多样化发展,我国通过监测工作预报滑坡地质灾害的成功率大大提高。因此,对滑坡灾害的监测预报不仅是必需的,而且是完全可能的。在滑坡地质灾害研究预测预报研究工作中,滑坡深部位移监测是其研究的重点和关键课题。以往滑坡的深部位移信息主要通过钻孔倾斜仪来监测,但其工作量大、自动化程度不高。时域反射(TDR)技术作为一种新型的滑坡深部位移监测手段,以快速、精确、远程控制等优点而日益受到有关研究人员的关注,它可以及时了解和掌握滑坡深部的位移与变形的动态变化过程,从而能实现对滑坡变形的动态实时监测。但是,至今在滑坡变形监测中,在应用TDR技术的可行性方面仍有一些异议。基于此,在导师的指导下,结合国家自然科学基金项目开展了本论文的研究工作。旨在论证TDR技术在滑坡变形监测中的可行性,并提出监测信号与滑坡变形之间的定量关系,从而为TDR技术的推广与应用奠定完备的理论基础。具体研究内容、思路以及研究结论如下:论文首先在前人研究和本文研究工作的基础上,通过讨论滑坡的形成机制和现有的滑坡监测方法,以及现今关于滑坡深部位移监测技术的优缺点,详细的总结和论述了TDR监测系统的原理、信号规律及导致信号损耗的因素。基于上述理论基础提出了一套完整的TDR监测系统,接着详细介绍了该系统的关键部分,如电磁波激发器、信号采集和处理系统等,另外,详细介绍了同轴电缆的特点。基于麦克斯韦电磁理论,推导了电磁波在传输介质中的波动方程及其解,推导出了描述传输线状态的阻抗和反射系数的表达式,并建立了同轴电缆信号反射模型。接着,作者利用TDR监测仪器对同轴电缆进行了室内剪切和拉伸试验,通过室内试验验证了TDR技术的实际可行性。但是,由于TDR监测系统自身和外界环境的影响,使得监测数据中往往夹杂着一些干扰因素,结果导致TDR信号规律和特征不甚明显,为了准确地反映出TDR信号的变化规律,本文引入当今公认最好的信号去噪分析工具——小波分析,通过详细分析和比较小波变换方法,最后提出采用小波函数中的db3、三层分解和系统自动阀值的组合方法来对TDR信号进行去噪分析,通过实践证明,该组合方法十分可行实用。在室内试验中,同轴电缆主要有三种变形形式:挤压变形、剪切变形和拉伸变形。通过利用小波变换去噪后,分析TDR试验数据,发现挤压变形分两个阶段:信号变化缓慢段和信号变化激增段,但总体趋势是信号幅值随变形量的增大而增大;在电缆的纯剪切阶段,信号幅值随着电缆剪切变形的增大而增大;而在电缆的纯拉伸阶段,随着拉伸变形的增大,信号幅值反而逐渐减小。通过回归分析研究了室内试验三种变形形式的信号状况,提出了三种变形时信号幅值——变形的置信区间和各自适合的拟合公式,并确定了四个公式的适用条件:(1)电缆挤压变形时,TDR信号幅值的变化范围约0～14.5mv,可以用修正后的拟合公式二来计算电缆的实际变形量;(2)电缆剪切变形时,TDR信号幅值的变化范围约12.5～17mv,此时可以用修正后的拟合公式三计算电缆的实际变形量;(3)当同轴电缆信号幅值量大于9mv时,电缆有可能发生拉伸变形,还需要用修正后的拟合公式四来计算电缆的拉伸变形量。反之,还可以通过信号幅值变化的范围来初步判断电缆的变形状态。另外,本文给出了三种状态下TDR信号的置信区间,为TDR系统的实际应用提供了理论基础。为验证TDR监测系统在滑坡现场中的应用性,本文选取峡口滑坡作为TDR监测系统现场试验点,来检验该系统的现场适宜性。在查明峡口滑坡体的基本地质情况的基础上,抽象出用于计算的滑坡地质结构模型,通过稳定性评价得知该滑坡现在天然状况处于临界状态;通过数值模拟结果表明在天然状况下滑坡可能出现蠕滑现象;滑坡一旦受到暴雨、地震作用等外界条件影响,将产生局部或整体滑动。通过在滑体上钻孔布置TDR和钻孔倾斜仪监测系统来监测滑坡的变形情况,通过对比TDR监测、倾斜仪和数值模拟结果,三者分别得出的峡口滑坡变形趋势是一致的,与滑坡的实际变形状况相符合,从而证明了TDR技术在滑坡变形监测中是完全可行的。接着,通过峡口滑坡现场试验来修正TDR监测信号与变形间的定量关系。另外,TDR监测结果比钻孔倾斜仪监测的滑坡变形量偏小,在挤压和剪切阶段,计算得出的变形量分别约为钻孔倾斜仪监测值的66.4%～79.6%和66.6%～71.4%,因而对试验拟合公式进行了函数修正,提出了适合TDR监测信息的现场换算公式。玉皇阁TDR监测系统,每天为一个监测周期自动对滑坡进行深部位移监测,真正实现了实时性监控。本文通过对玉皇阁滑坡2008年6月至12月滑带处的TDR监测数据分析,发现TDR技术能准确的反映出10-11月三峡库区175m试验性蓄水时对玉皇阁滑坡的影响情况,进一步证明了TDR监测系统在滑坡监测中的适宜性,而且其监测精度比倾斜仪更高,对微小变形的捕捉和反应都十分准确。通过应用修正后的拟合公式处理TDR监测数据,来检验修正后拟合公式的准确性,结果表明修正后的公式是合理的。通过玉皇阁滑坡现场实时监测验证TDR技术的可靠性,且能提供长期有效、准确的信息以反应滑坡变形状况。综上所述,本文通过理论推导、室内试验和现场试验来论证TDR技术,确定了TDR技术完全可以用于滑坡变形监测,能够准确地判断滑动面及预测滑坡的变形发展趋势,并充分体现了快速、精确、远程控制等优点。通过讨论可知,TDR技术理论基础是完善的,该技术具有较强的适宜性。因此,TDR技术在滑坡监测领域具有很好的推广、应用前景。本论文的创新性研究工作体现在:通过室内试验结果提出了适合TDR信号去噪的小波标准;通过室内试验提出同轴电缆变形分为挤压变形、剪切变形和拉伸变形三种状态,且在挤压变形阶段变形量—信号幅值曲线分变化缓慢和激增两个阶段”;通过对电缆变形—信号幅值进行回归分析,提出了三种变形状态下TDR信号的置信区间,并提出和修正了可用于TDR滑坡变形监测的信号换算公式。这些成果对开展TDR技术在滑坡中的应用推广奠定了理论支持。