岩层变形检测的植入式光纤Bragg光栅应变 传递分析与应用

 为研究深部岩层的变形及其发展过程,构建光栅–传感器结构–水泥砂浆–岩层的应变传递系统,根据光纤光栅传感器的应变传递理论,分析用于岩石检测的光纤、中间层和岩层力学参数对光栅应变传递率的影响,给出光纤光栅传感器及钻孔参数设计,为工程应用提供依据。研究表明,深孔岩层监测的钻孔直径宜选100 mm左右,光纤光栅传感器的临界长度为149.23 mm。将其应用于济三煤矿第四系松散地层沉降变形监测中,结果表明,光纤光栅传感器可对松散层的应变变化进行实时检测。     

光纤光栅应变传感器二维应变测量方法

文章介绍了光纤光栅二维应力传感测量的试验台的准备、光纤光栅的制备、光纤光栅的粘贴、实验仪器、实验过程、光纤光栅测量应变与电阻应变片的测量结果作对比。实验结果说明利用光纤光栅应变花可以得出与电阻应变花一致的结果。     

基于光纤光栅应变传感器在斜拉桥健康监测系统中的应用

桥梁结构健康监测系统正处于高速发展阶段。主要阐述了传统的电类传感器监测与光纤光栅传感器区别及光纤光栅传感器的优点;光纤光栅传感器的应用领域等发展现状及其工作原理以及光纤光栅传感器在斜拉桥健康监测系统中的布点设计和应用结果。     

光纤布拉格光栅应变测量在天津奥体中心工程中的应用

基于光纤布拉格光栅的应变测试原理,在天津奥体中心体育场的钢屋盖结构中,运用光纤布拉格光栅进行吊装和撤撑的长期应变测试,并详细介绍了等强度悬臂梁的测试和长期荷载试验,以及在天津奥体工程中的测试部位布置和传感器安装的过程.结果表明,用光纤布拉格光栅系统测试钢结构的拉应力是切实可行的.同时,使用光纤布拉格光栅对大型钢结构进行长期健康监测具有良好的发展前景.     

双周期光纤光栅传感器原理及工程应用

对光纤布拉格光栅和长周期光纤光栅组成的复合型光纤光栅传感器的原理和特性进行了简要的介绍,并对该种传感器的实际工程应用作了说明,实践证明应用该传感器的测量结果与理论计算结果吻合较好。     

人防工程环境温度光纤光栅监测系统设计

针对人防工程服役期间环境温度实时监测的重要性,结合光纤光栅传感技术,提出了基于光纤光栅传感技术的人防工程环境温度监测系统的设计方案,利用波分复用技术实现了多点测温复用同一根传输光纤,简化温控传感网络系统并应用到某实际工程,以供参考。     

光纤光栅传感器在结构应变检测中的应用研究

本文介绍了光纤布拉格光栅传感器的特点和工作原理,并进行了相关的试验研究。试验表明,光纤布拉格光栅传感器具有高灵敏度和长期稳定性,其作为应变测量的工具用于结构健康监测是可行的。     

光纤光栅传感器在结构应变检测中的应用研究

本文介绍了光纤布拉格光栅传感器的特点和工作原理,并进行了相关的试验研究。试验表明,光纤布拉格光栅传感器具有高灵敏度和长期稳定性,其作为应变测量的工具用于结构健康监测是可行的。     

岩石变形光栅检测的表面粘贴法及应变传递分析

研究了岩石变形过程光纤光栅传感检测的关键技术及理论,提出了单轴压缩实验中的表面粘贴法。建立了表面粘贴法的应变传递模型,推导并求得了应变传递系数,以此为理论基础进行了MTS的对比实验,测试方向分别沿试件的轴向及环向。结果表明,经应变传递系数换算后,光纤光栅轴向应变与MTS测试结果相一致,相对误差率仅为2.8%;环向测试优于MTS的环向应变计,两种方法的测试结果均优于同位置粘贴的应变片。验证了应变传递模型的正确性,并表明光纤光栅表面粘贴法可以用于岩石的单轴压缩实验中,且与传统测试方法相比具有无可比拟的优越性。这对于提高岩石变形检测水平,实现工程实践中长期有效的在线监测具有重要意义。     

温度自补偿光纤光栅应变传感器研制及其在索力测量中的应用

光纤光栅应变传感器在测量过程中存在温度和应变交叉影响的问题,且温度对应力测量结果影响较大。为获得精确的应力测量结果,必须大幅度减少或消除温度的影响。目前参考光栅法或温度测量系数修正法,难获得理想的结果。文中提出以截面对称的悬臂梁结构作为敏感元件,利用其上下表面拉压异号等应变和温度变化同应变的原理,通过在悬臂梁上下表面对称粘贴两根光纤光栅,利用结果差来消除温度影响,并提高测量灵敏度。文中对此种温度自补偿新型光纤光栅应变传感器的传感性能进行了研究,并将此类传感器安装在拉索的锚具上进行索力测量。研究结果表明:研制的光纤光栅应变传感器,能大幅度降低温度的影响,达到温度自补偿的目的;将此类传感器用于索力测量,具有较高的精度及灵敏度,能满足工程应用的实际需要。     

光纤Bragg光栅传感技术在隧道监测中的应用

在阐述光纤Bragg光栅（FBG）传感技术的工作原理和优点的基础上,以昆明白泥井3#隧道为实例,提出FBG传感器在隧道内的铺设方案及温度补偿技术。经过对隧道断面的24h连续监测,讨论隧道内最大温差对Bragg反射中心波长变化的影响,并对隧道每一监测断面上温度传感系统所取得的Bragg波长值进行可靠性的估计,验证FBG监测系统的可靠性。对隧道进行8个月的定期监测,并对隧道断面的应变变化情况进行分析,分析结果表明：干湿季节交替是导致测点应变波动的重要因素,而雨季是致使测点应变变化增大的主要原因。目前隧道二次衬砌结构稳定;同时,研究结果表明,FBG可准确地测出隧道的应变分布,将其应用于隧道变形监测中是可行和有效的。     

光纤Bragg光栅传感器在钢筋混凝土梁静荷载试验中的研究

光纤Bragg光栅的发展使传感器自标定 ,不受光波的波动影响 ,且于光源和连接损耗无关 ,而这些因素却一直困扰着其他类型的光纤传感器。将光纤Bragg光栅和传统电阻应变片分别贴于H15 4和H15 5梁的混凝土表面 ,以及H15 6和H15 8梁的钢筋表面 ,以分别检测钢筋的拉应变和混凝土的压应变。当钢筋混凝土梁受到千斤顶的加载时 ,其应变可由上述传感器检测得到。光纤Bragg光栅传感器的波长偏移提供了一种绝对测量 ,可避免对建筑结构的不间断检测 ,而代之以需要之时的周期性检测     

基于FBG传感的软基实时监测系统研究

针对软基变形的特点,对光纤Bragg光栅传感在线监测高等级公路深厚软基的机理进行分析和试验研究,研发了光纤传感技术和网络技术为一体的新型软基在线监测系统。该监测系统可以实时读取施工现场检测数据,以用户图形界面的方式显示路基沉降、孔隙水压以及温度等监控参数;系统可以利用实时数据和历史数据进行对比计算,实现软基沉降预警预报功能。监测系统在某高速公路软基试验段进行了应用,监测数据与实际情况相符。     

光纤测量技术在岩土工程中的应用

阐明了光纤测试技术相对于传统岩土工程测试技术的优点，简要介绍了两种典型光纤传感器——Fabry-Perot光纤传感器和Bragg光栅传感器的工作原理，通过试验证明了其可靠性，并通过国内外几个工程实例说明了光纤传感器的主要用途。     

聚丙烯纤维混凝土喷层支护技术及其在顾桥矿区的应用

根据聚丙烯纤维混凝土结构力学原理，研究聚丙烯纤维混凝土喷层在煤矿锚喷巷道支护中适用性。结合淮南顾桥矿区典型锚喷巷道工程，完成聚丙烯纤维混凝土喷层的合理配比及抗拉、抗压、抗剪等指标的室内试验。与素混凝土喷层相比，聚丙烯纤维混凝土喷层中的应力分布较均匀，有较好的让压能力。工业性试验表明，聚丙烯纤维混凝土喷层抗拉强度高、韧性好、回弹量低、工艺简单等特点，具有较高的推广应用价值。     

基于光纤光栅传感技术的边坡原位测斜及稳定性评估方法

首先介绍基于光纤布拉格光栅传感技术的新型原位测斜仪及其分析方法。根据光纤布拉格光栅波长变化与应变之间的线性关系求得原位测斜仪各测点的应变,然后通过梁的弯曲理论公式和差分算法,由测点应变计算出原位测斜仪各点的位移。该原位测斜仪克服了传统原位测斜仪精度低、耐久性差、操作繁琐等缺点。室内标定试验验证了该新型原位测斜仪和分析方法的有效性。针对攀田高速公路一路堑边坡,将3套新型光纤光栅原位测斜仪安装于该边坡同一剖面的3个钻孔里,并保证测斜仪贯穿了边坡内的潜在滑裂面,对该边坡进行现场监测。假设边坡滑动面为圆弧形,根据当前监测结果,以3个孔原位测斜仪所测应变之和最大为目标函数,以原位测斜仪在边坡坐标系中的位置和滑裂面的形状为约束条件,建立最优化数学模型来推求潜在滑裂面的具体位置。根据经典Bishop条分法计算得到了该潜在滑裂面对应的边坡安全系数,以评估该边坡当前的稳定性。本方法在基于边坡监测成果的边坡稳定性评估方面提出了新的可靠的途径。     

松散承压含水层水位变化与顶板来压的联动效应及其应用研究

 结合祁东煤矿松散承压含水层下采煤压架突水灾害防治问题,开展松散承压含水层水位变化与顶板来压联动效应的实测与实验研究。结果表明：松散承压含水层水位下降超前于工作面压架突水,且水位下降速度基本保持不变。水位下降幅度和下降速度与工作面来压强烈程度密切相关,水位下降幅度和下降速度越大,工作面来压越强烈,压架突水危险性越大。覆岩关键层的不同破断运动形态是导致水位变化与顶板来压存在上述联动效应的主要原因。当关键层逐层破断时,覆岩缓慢回转下沉,水位降幅和降速较小,不会发生压架突水灾害;而当关键层复合破断时,关键层结构易产生滑落失稳,短时间内大量采空体积传至基岩顶界面,水位出现大幅度快速下降,存在压架突水危险性。利用松散承压含水层水位变化与顶板来压的联动效应,提出将水位下降速度作为预警指标对压架突水灾害进行预警的方法,并基于地下水动力学原理导出工作面压架突水时的水位降速临界预警值计算公式,指导祁东煤矿6130工作面压架突水灾害防治实践。     

近松散层开采孔隙水压力变化 及其对水砂突涌的前兆意义

 开采沉陷离心模型试验表明,采空区和煤柱上方的黏土层中的孔隙水压力在煤层开采之后,出现积聚和消散现象,超静孔隙水压力增量最大可达垂直自重应力的15%～22%。采动孔隙水压力监测模型的试验表明,采动引起的承压含水层中孔隙水压力的变化特点同煤层开采进度以及顶板周期来压密切相关,煤柱上方含水层中孔隙水压力一般表现为先升高后降低,工作面上方含水层中孔隙水压力变化与开采位置有关,当工作面通过测点下方时,孔隙水压力出现明显的下降,当测点处于采空区中部时,孔隙水压力升高并会保持一段时间。采后顶板下沉期间各测点孔隙水压力均呈下降趋势。突砂模型试验表明,一旦抽冒或形成水砂突涌后,含水层内孔隙水压力表现为剧烈下降并形成瞬时负压,水压下降后随突涌过程发展保持在某稳定水平上,突砂口附近呈现相应的水力坡降。由以上试验结果可知,孔隙水压力可以作为近松散含水层开采溃砂灾害预警和监测的重要前兆信息源。     

采动煤岩体弹脆塑性损伤本构模型及应用

 为提高保护层开采的有效性、安全性和经济性,通过引入理想弹脆塑性模型和内切圆准则,采用FLAC3D技术,在德鲁克–普拉格塑性流动格式基础上建立采动煤岩体弹脆塑性损伤本构模型的数值格式。利用VC++2005开发环境将本构模型编写成可供FLAC3D软件调用的自定义模型,并通过试件单轴和三轴压缩数值试验的对比,验证模型用于研究采动煤岩体脆性应变软化特征的正确性和合理性。将所建立模型用于阳泉新景矿超远距离保护层开采的数值模拟得出：位于保护层上部125 m的超远距离被保护煤层处于裂隙带上边缘,被保护层卸压瓦斯取得良好效果,能利用保护层开采及被保护层卸压瓦斯抽采消除被保护层的突出危险。计算结果与物理相似模拟结果基本吻合,表明所建立的采动煤岩体弹脆塑性损伤本构模型可用于保护层开采及被保护层卸压瓦斯抽采效果的预评价。模拟结果可为保护层开采及被保护层卸压瓦斯抽采设计提供合理建议。