基于光纤传感技术的土工格栅变形及受力研究

光纤传感技术具有精度高、灵敏度高的特点,在变形测量方面具有独特优势。但由于缺乏有效的封装保护技术,目前将光纤传感器用于土工合成材料变形监测的应用和研究比较少。文章通过对光纤传感器的封装结构进行设计,较好地解决了光纤传感器与被测物体间的协调变形问题,并延长了光纤传感器的使用寿命。基于此封装结构,通过室内土工格栅加筋边坡模型试验,选取土工格栅的加筋层数及筋材的布设方式作为变量,研究了土工格栅在加筋过程中的变形及受力特性。研究结果表明:在垂直方向上,上层筋材的应变大于下层筋材的应变;在水平方向上,单层变形最大处位于加载点正下方范围内。增加加筋层数,能够使得各层格栅的变形得到分担,同时有效限制坡面的法向位移,尤其是坡面中上部分的法向位移;土工格栅能够显著提高边坡的极限承载力。通过对光纤传感器的研究,表明其能够灵敏监测被测物体的微小变形与受力,实际使用中较为稳定,验证了本文封装结构设计的可行性,弥补了传统测量方法的缺陷。     

土工格栅加筋路堤边坡结构性能模型试验研究

通过室内小比尺模型试验,模拟了两种边坡坡比、两种格栅以及3种加筋层数共计10种边坡结构在坡顶荷载作用下边坡和土工格栅的变形规律。研究了土工格栅加筋参数对路堤边坡结构性能的影响。试验结果表明,加筋能大幅提高边坡的稳定性和承载能力,并得出了土工格栅埋在土中的力学特征,对工程实践具有一定的指导意义。     

BOTDR技术在边坡表面变形监测中的应用

针对普通监测手段和技术应用上的不足,采用BOTDR技术监测坡体表面变形发展。分析了监测实施过程中光纤传感器的固定及温度补偿问题,介绍了BOTDR在浙江省龙丽高速公路官家滑坡中的铺设手段。根据官家滑坡的工程环境特点,在坡体上采用植入式固定方式;前缘坡面布设光纤时,引入准分布式监测理念,使用专用夹具定点固定光纤。现场监测结果表明：植入式固定方式,宜选用外径较小的紧套光纤,能使其较好地保持同步协调变形,且光纤因护套影响小而灵敏性较高;定点固定方式,易选用外径较大的光纤,适宜于坡面监测环境。植入式固定方式,若坡体内温度场变化较小,可不进行温度补偿;若坡面温度变化较大,可选取与监测环境温度场相似区布设松套光纤进行温度补偿。对监测过程中实施光纤的固定及温度补偿手段进行了改进讨论。     

用于巷道沉降变形监测的光纤锯齿状布设技术与原理

矿山巷道、交通隧道等工程的顶板沉降变形监测是不可缺少的安全保障手段之一,现有的直线分布式光纤布设技术监测巷道沉降变形存在灵敏度较低的问题。将光纤沿巷道顶板的纵向铅垂平面布设成锯齿形状,构建相应的计算模型,给出具体的布设参数,获得了基于AV6419型号的光纤应变测试仪的监测精度和量测范围。试验结果表明,将光纤由直线式布设改变为锯齿状布设时不仅满足分布式光纤传感技术对于提取大范围测量场分布式信息能力的要求,而且通过巷道纵向分布式光纤的布设实现了监测巷道径向变形(如顶板沉降)的目的。计算模型监测的灵敏度相比于直线式有大幅度提高,为基于BOTDR技术的分布式光纤传感技术的应用与推广提供了新的方法和思路。     

土工格栅和土工布新技术在道路工程中的应用

土工格栅和土工布已被广泛应用于路桥工程的各个领域，文章简要介绍土工格栅和土工布在处理软土地基和路面裂缝防治中的运用，取得了显著的效果。     

光纤传感技术在岩溶塌陷监测中的应用研究

通过对比分析岩溶塌陷监测技术的优缺点,结合前人工作经验,将BOTDR和FBG联合监测的方案应用于岩溶塌陷区岩土体变形监测中。通过对唐山陡河东岸岩溶塌陷点地质条件的分析,选取试验用纤、制定铺设方案,并对试验过程进行了详细的描述,探索了野外应用中温度补偿的方法,经过多次的数据采集及处理分析得出,光纤传感技术可实现岩土体变形的多点定位,可捕获岩土体变形趋势和实现对塌陷变形边界的描述。通过FBG和BOTDR联合监测应用,可以克服两种监测手段的缺陷,从而获得塌陷体的全部信息,具有非常好的应用前景。     

基于磁测的边坡深部大变形监测方法

现有边坡深部变形监测仪器易受雨水、泥石流、滚石等环境的影响,仪器布设较繁琐,且无法监测边坡深部滑移的中后期变形。基于磁场定位理论,采用磁性物质制作智能石头,在边坡深部布置智能石头,通过智能石头和全张量磁力梯度仪建立边坡深部大变形监测系统。基于磁场梯度张量缩并定位对智能石头进行三维定位,实现边坡深部的中后期大变形监测。针对全张量磁力梯度仪的精度和地球磁场梯度的影响,由三维磁感应强度和磁场梯度的分析,其有效监测距离为35 m;在磁场定位试验中,监测精度为0.06 m。可为磁测在边坡深部大变形监测的进一步研究和应用提供参考。     

北斗高精度定位技术在边坡变形监测中的应用

简要介绍了北斗卫星导航系统,并基于北斗卫星导航定位系统建立了适合于边坡变形监测的北斗云监测系统,实现了从数据采集到监测结果显示的全过程自动化。分析了相对于传统边坡变形监测应用北斗技术对边坡变形监测的优势。设计了监测系统的精度试验,分析了系统精度与定位时长的关系,试验结果表明,定位时长为24 h时,监测系统的水平方向的精度为2 mm左右,完全满足公路高边坡变形监测的精度要求。将北斗云监测系统应用于贵州都安高速某高边坡变形监测工程中,实现了对该边坡变形的自动化监测。监测结果表明北斗技术完全可以应用于边坡变形监测,对提高边坡变形监测能力具有重要意义。     

光纤传感技术在岩溶塌陷监测中的应用研究

通过对比分析岩溶塌陷监测技术的优缺点,结合前人工作经验,将BOTDR和FBG联合监测的方案应用于岩溶塌陷区岩土体变形监测中。通过对唐山陡河东岸岩溶塌陷点地质条件的分析,选取试验用纤、制定铺设方案,并对试验过程进行了详细的描述,探索了野外应用中温度补偿的方法,经过多次的数据采集及处理分析得出,光纤传感技术可实现岩土体变形的多点定位,可捕获岩土体变形趋势和实现对塌陷变形边界的描述。通过FBG和BOTDR联合监测应用,可以克服两种监测手段的缺陷,从而获得塌陷体的全部信息,具有非常好的应用前景。     

南昆铁路钢管格栅膨胀土挡墙边坡加固机理模型试验研究

膨胀土边坡加固一直是铁路(公路)建设中的难题，常规刚性结构严格约束膨胀土变形，易使结构受力过大而破坏，柔性结构易使坡体变形过大而失稳，往往难以达到预期效果。本文提出钢管格栅膨胀土挡墙，合理协调结构的受力和变形，达到加固膨胀土边坡的目的:膨胀土做挡墙本体填料、土工格栅增强墙体整体性、纵向贯穿钢管提高墙体刚度。采用大比例尺相似模型试验，在模拟降雨条件下，对比该新型结构与常规结构的加固效果，通过监测挡墙水平位移、墙背土压力、钢管变形，研究钢管格栅膨胀土挡墙加固边坡机理。结果表明:钢管格栅挡墙与常规格栅挡墙相比，变形显著降低且更趋协调，承载能力明显提高，纵向贯穿墙体且深入地基的钢管有效改善了墙体的受力。研究成果可为膨胀土边坡加固结构选型及其构造设计提供理论参考。     

Test on application of distributed fiber optic sensing technique into soil slope monitoring

Brillouin optical time-domain reflectometer (BOTDR), a newly developed distributed fiber optic sensing technique, has been proved to be a very suitable and useful technique for monitoring and early warning of structural engineering by laboratory tests and practical projects due to its unique functions, such as distributing, long distance, anti-electromagnetic interference, waterproof, etc. However, its application to geotechnical engineering, especially soil-slope engineering, has been less carried out due to the complexity of the characteristics of geotechnical materials in the field. In this paper, BOTDR technique is applied to monitor the deformation of a laboratory soil-slope model in small scale in order to test the feasibility and early-warning characteristics of this technique with monitoring the deformation of soil slope. Different types of optical fibers are planted directly in the soil-slope model or bonded to geotextiles and geogrids that are planted in the fillings of the test model. Strain measurements of the model slope under various loads are obtained by BOTDR. By data processing and analysis, the abnormal strains can be obtained distributively, and the position of the abnormal strains can be located as well. The results show much valuable information for applications of BOTDR technique into soil-slope engineering. The test proves that the BOTDR technique can be used to ensure the stability of artificial soil slope and is useful for monitoring and early warning of the artificial soil-slope engineering.     

基于BOTDR的基坑变形分布式监测实验研究

在基坑开挖和支护过程中深部土体的水平位移监测是一项十分重要的工作。布里渊光时域反射计（BOTDR）是近年来国际上研发成功的一项新型的分布式光电传感技术。通过该技术,将传感光纤按照一定的工艺粘贴在埋置于土体中的测斜管上,由传感光纤实测的应变分布,可以实现深部土体水平位移的在线监测。通过室内的模型模拟试验,由实测的光纤应变可以准确地得到测斜管上任意一点的水平位移。结合南京市某深基坑进行的现场试验,探讨了基于BOTDR的分布式光纤传感器应用于基坑深部土体水平位移监测的具体施工工艺,验证了该技术在实际工程中应用的可行性。     

黏性土体干缩变形分布式光纤监测试验研究

土体变形监测是岩土工程监测中的一项重要工作,具有规模大、工程环境差异性大、实时动态监测等特点,因此,常规的一些点式监测手段已不能满足要求。布里渊散射光时域反射测量技术（BOTDR）是一项新型光电传感监测技术,它利用布里渊散射光的光谱和光时域测量技术,可对沿光纤的轴向应变进行分布式监测。应用这一技术对土体干缩变形进行了监测,并对土体干缩变形规律进行了分析,验证了该技术应用于土体变形监测中的可行性。     

分布式光纤应变测量技术在地质灾害防治中的应用

文章简要总结了光纤应变传感测量技术特点、应用领域及前景。对基于布里渊散射技术的分布式光纤应变测量技术（BOTDR）的工作原理、特点进行了详细阐述。以地质灾害监测实践为基础，分析了光纤应变分布和灾害体变形的对应关系。结果表明，将BOTDR技术应用于地质灾害监测中是可行的。文章还对BOTDR应用于地质灾害监测中的几个关键技术问题进行了系统总结。     

基于BOTDR的隧道应变监测研究

布里渊散射光时域反射计 (BOTDR)是近年来才研发成功的分布式应变测量技术。本文首先介绍了BOTDR的优点和测量原理 ,以某隧道的BOTDR应用实例 ,论证了这一技术应用于岩土工程等结构物分布式应变监测的可行性和优势 ,最后就这一技术在应用中的一些关键技术 ,如空间分辨率、光纤布设工艺、健康监测与损伤诊断等作了阐述     

构造模拟实验中的光纤应变测量

在砂箱中埋设光纤模拟脆性挤压变形,运用布里渊光时域反射测量技术(BOTDR)对光纤应变分布进行测量,并与模型变形比较。研究结果表明,光纤应变传感技术可以用来测量构造模拟实验中的应变大小,模型中的应变是由挤压部位逐渐向挤压前方传递的,应变量剧增的部位是断裂或褶皱构造发育的位置,从而可以运用光纤传感技术预测模型潜在的变形位置,为进一步进行模型内部应变研究打下基础。     

基于GIS的大型工程分布式光纤传感监测系统研究

BOTDR是一种新型的分布式光纤传感监测技术,其分布式、高精度、长距离、实时性、远程控制等特点,已逐渐受到工程界的广泛关注。本文结合工程实践中遇到的具体问题,研发了一套基于GIS的大型工程分布式光纤传感监测系统,讨论了系统的设计要求。并结合某隧道BOTDR监测工程实例,开发了一套相应的监测数据管理系统。该系统集工程监测数据的采集与管理、监测结果的可视化、监测信息的对比查询等功能于一体,是一套集智能化分析与决策化管理为一体的多功能管理系统。     

分布式光纤传感技术在滑坡监测中的应用

将分布式光纤传感技术引入滑坡监测,既可得到整个滑坡体的概要特征,又能提高监测效率。FBG与BOTDR是两种最具代表性的分布式光纤传感技术,FBG通过测量其反射光波长的变化获得应变或温度值。BOTDR通过测定后向布里渊散射光的频移实现分布式温度、应变测量。FBG传感器灵敏度高,但只能实现离散点的准分布式测量,BOTDR可实现分布式、长距离、不间断测量,但其空间分辨率不高。笔者提出FBG与BOTDR联合监测滑坡的方案。在巫山残联滑坡,在整个滑坡体上铺设监测光纤,利用BOTDR获得整个滑坡体的概要信息;在滑坡体变形的关键部位———变形缝安装FBG传感器,获得某些关键部位的应变信息,从而实现由点到线再到面的监测,获得滑坡体较完整的应变信息。     

应用光纤传感技术进行岩溶塌陷监测预报的关键问题探讨

在总结上世纪80年代以来岩溶塌陷监测预报方法的基础上,从岩溶塌陷自身特点和光纤传感技术监测原理出发,对目前光纤传感技术应用于岩溶塌陷监测预报急需解决的关键技术问题进行了探讨分析,主要包括环境温度影响、光纤敷设和预报模型建立三个方面。光纤本身的光学特性决定环境温度变化会影响光纤的变形测量,其解决办法主要是进行温度补偿和监测数据修正处理;光纤敷设,主要是解决光纤与岩土体同步变形问题,其办法是通过室内实验确定适宜的胶结剂和最优配比;建立光纤应变与岩土体变形的关系模型是应用光纤传感技术进行岩溶塌陷监测预报的关键,其解决办法为室内模拟实验。      

基于分布式光纤传感技术的采动覆岩变形监测

采用基于布里渊背向散射的分布式光纤传感技术（BOTDR）,监测煤层采动过程中覆岩的变形情况。以淮南矿区某工作面为例,在煤层开采之前,通过钻孔安装工艺将分布式传感光缆植入到覆岩中,然后进行封孔注浆,使传感光缆与围岩变形协调。随着工作面的逐步推进,通过获取和分析传感光缆的应变分布特征及其动态变化过程,得到了煤层采动过程中覆岩的变形及破坏状态。最大拉应变位于孔深5m处,应变量是8350με;最大压应变位于孔深37m,应变量约为-550με。光缆应变与地层具有很好的对应关系,在岩性相对较软的地层（如泥岩）中,拉应变值相对较大,而在岩性相对较硬的地层（如砂岩）中,应变量较小且多为压应变。根据光缆的应变分布得到的沿钻孔方向地层的最大变形量为34mm,巷道围岩松动圈范围约为6m。研究结果表明,BOTDR分布式光纤传感技术能够准确地获取覆岩的变形分布及其变化情况,该技术的应用可以为深部煤层的安全高效开采提供可靠的依据。