基于神经网络的改进型土壤水分光纤感测技术研究

土壤水分时空分布的精准监测对于工程地质评估、地质灾害防治具有重要意义。当土壤含水率变化梯度较大时,准分布式主动加热光纤光栅（AH-FBG）法的测量误差相对较大。为分析该工况下的误差来源及其沿深度的分布状态,设计开展了3组室内土柱试验,并在试验基础上提出了基于人工神经网络（ANN）的联合分析法,以改进AH-FBG水分感测技术的分析方法。研究结果表明：将AH-FBG法应用在含水率变化梯度较大的土体中,加热时传感器和土体中会产生纵向传热,其中传感器纵向传热占主导地位;该效应会降低含水率监测精度,且相关误差不能通过减少加热时间进行消减;室内试验和现场监测数据均显示,相较于传统的最大升温值法,联合分析法考虑了升温跃迁和拖滞效应,因此得到的含水率监测精度明显提高,证明了该方法的优越性。     

基于主动加热光纤法的毛细阻滞入渗模型试验研究

毛细阻滞效应是多层、不同粒径非饱和土入渗过程中的一个自然现象。为了探究多层土水分入渗的毛细阻滞过程,设计了室内模型试验,采用主动加热光纤法(AHFO法)对多层土的水分迁移进行试验,并结合频域反射法(FDR法)和直接观测法作为验证。试验结果表明:相较于FDR法和直接观测法,AHFO法对降雨入渗所产生的毛细阻滞现象具有较好的观测效果,可观测出水分运移的更多细节;运用FDR法,对AHFO传感器进行原位标定,曲线拟合精度R2均大于0.93,具有较高的体积含水率监测准确度;毛细阻滞层对降雨入渗具有明显的阻滞效应,即存储屏障上部入渗和减少水分向下部水体渗出。相关研究结论为毛细阻滞现象研究以及土壤水分场监测提供了一种新的监测方法。     

基于主动加热光纤法的毛细阻滞入渗模型试验研究

毛细阻滞效应是多层、不同粒径非饱和土入渗过程中的一个自然现象.为了探究多层土水分入渗的毛细阻滞过程,设计了室内模型试验,采用主动加热光纤法(AHFO法)对多层土的水分迁移进行试验,并结合频域反射法(FDR法)和直接观测法作为验证.试验结果表明:相较于FDR法和直接观测法,AHFO法对降雨入渗所产生的毛细阻滞现象具有较好...     

非饱和膨胀土水分迁移的试验研究

在等温条件下,分组对不同初始干-湿段土体含水量、不同时间间隔对非饱和膨胀土的气态水迁移和气液态水混合迁移的规律及其关系进行试验研究,揭示了其随时间的变化过程。试验结果表明,土质情况、含水量水平及含水量梯度对其有重要影响,气态水迁移量与气液混合迁移量都随含水量梯度增加而增加,与时间和位置呈复杂的非线性关系;含水量较小时,土粒对水分的吸附能力较强,致使含水量梯度较大,含水量较大时,土粒周围自由水较多,水分分布较均匀。     

基于AHFO技术的毛细水运移模型验证试验研究

为了验证常用的描述毛细水运移模型的准确性,设计了室内模型试验,采用主动加热光纤法(简称AHFO)对砂土模型中的毛细水运移进行了测试。根据测试结果,分析了毛细水入渗模型Green-Ampt模型、Terzaghi毛细水上升模型和毛细水最大上升高度预测模型Lane模型、Peck模型的特点和预测精度。试验分析结果表明:对于砂性土,毛细水上升过程可以分为两个阶段,第一阶段(约前50 h),Green-Ampt模型和Terzaghi毛细水上升模型预测的毛细水上升高度值均低于实测值,Terzaghi模型拟合精度高于Green-Ampt模型;第二阶段(约50h后),Green-Ampt模型和Terzaghi模型预测值均高于实测值,且Green-Ampt模型拟合精度高于Terzaghi模型。这两个模型预测精度随时间的变化现象是与其所用的假设条件和土体物理性质变化有关。Peck模型的误差低于Lane模型,为2.60 cm,而Lane模型由于只考虑了有效粒径D10,误差高达8.58 cm。利用Green-Ampt模型可反演土的饱和渗透系数与湿润锋处基质吸力。研究成果为常用毛细水运移模型选择和误差分析提供了实测依据。     

基于分布式光纤应变感测的边坡模型试验研究

 光纤传感是近年来发展起来的一种分布式监测技术,这种方法在边坡工程监测领域有着巨大的潜力和应用价值。提出一种通过监测坡体应变分布来实现边坡稳定性评估的新方法,通过一组边坡模型试验,采用布里渊光时域分析(BOTDA)技术,对坡顶加载过程中边坡模型不同深度处的水平向应变进行连续监测。试验结果表明：经过热缩管封装的直埋式紧套光纤适用于边坡应变分布的监测;铺设传感光纤时,在关键位置预留自由段可达到温度补偿和精确定位的双重效果;边坡滑裂面的位置可以通过对分布式应变监测数据的分析大致推算出来。通过分析试验中受荷边坡变形和稳定性状态的演化过程,证明最大水平向平均应变值和边坡安全系数具有一定的经验关系。该研究成果为边坡稳定性评估和滑坡预警提供一种新的思路和方法。     

基于光纤光栅传感的测斜自动化室内试验研究

介绍了将光纤光栅传感器技术用于测斜自动化监测的室内设计方法,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各测点的应变,并通过多项式拟合和积分,由测点应变计算出各测点的位移,最后指出室内试验结果验证了该新型原位测斜仪和分析方法的有效性,研究结果可为深层土体侧向变形监测提出新的可靠途径。     

气态水迁移诱发非饱和粗粒土冻胀的试验研究

寒区高铁粗粒土路基冻胀机理问题一直困扰科研和工程技术人员,气态水迁移诱发冻胀是目前广被关注的解释之一,但在直接试验证据方面研究较少.为证明气态水迁移可以诱发非饱和粗粒土冻胀,并进一步阐释非饱和粗粒土的冻胀机制,基于新开发的粗粒土冻胀试验仪,开展了系列的室内试验.结果表明,仅有气态水补给条件下,无细粒含量的粗粒土发生了明...     

光纤光栅智能钢绞线拉索的研制与试验研究

提出在钢绞线拉索中采用直接增加FRP—OFBG筋或增加光纤光栅智能钢绞线的办法,实现光纤光栅传感器对钢绞线拉索的应力应变测量,并制成实体索进行试验研究,结果表明,该方法可行、有效,采用光栅传感器测量拉索应变精度较高。     

基于光纤感测技术的非均质土体变形室内试验研究

本文在室内建立含黏土夹层的非均质砂土模型,采用光纤感测技术和千分表测量相结合的技术手段测量土体模型在饱水、排水过程中的土体变形规律.研究了承压含水层排水固结和地下水回灌作用下的土体变形,分析变形产生的机理和规律,并评估光纤感测技术测量非均质土体变形的可行性.研究成果对控制土体变形、防治土体地质灾害具有重要意义.     

A modified soil water content measurement technique using actively heated fiber optic sensor

Soil water content measurement is critical in practical engineering.The actively heated fiber Bragg grating optic sensor(FBGS) has great potential of multi-point measurement for soil water content measurement in field.In this study,the effect of heating time on the measurement accuracy is discussed,and modifications are made for actively heated fiber optic(AHFO) sensors.The results demonstrate that if an integration data analysis method is used,the accuracy and reliability of soil water content measurement with AHFO sensors will be improved.Both a short fiber length and a short-term heating pattern are effective and can help to reduce soil disturbance.With the proposed integration method,a short heating time is guaranteed for measuring the soil water content.Such improvements will reduce the thermal disturbance to soil sample and improve the reliability of measurement.     

光纤渗压传感器与公路软基监控试验研究

研制出新型的光纤Bragg光栅岩土工程监测仪器--光纤渗压传感器,并将其应用于高速公路软土地基中进行孔隙水压力监测,以检验研发成果。在试验过程中还解决了光纤渗压传感器量测系统、现场埋设以及数据采集等方面的问题。通过对采集的数据进行处理,对软基处理效果进行了分析,并与实际情况进行了对比检验仪器是否反映真实情况,同时利用与常规仪器数据进行对比分析,对传感器进行了综合评价。结果表明该传感器不仅可以达到常规仪器的监测效果,而且克服了常规仪器的一些缺点,仪器开发是较为成功的。     

基于刀口诱导约束法的纤维砂浆阻裂效应试验研究

鉴于传统平板法抗裂试验复演性差的缺点,选择刀口诱导约束法进行纤维砂浆抗裂试验,研究纤维在水泥砂浆中的阻裂效应和影响规律。将等体积掺量(0.1%)单掺、混掺的杜拉纤维、玄武岩纤维砂浆与基体试件进行24h内抗裂性能试验对比。试验结果表明:对于单掺试件,纤维越长其抗裂性能越优,其中,30 mm的玄武岩纤维砂浆的抗裂性能提高了99.1%;对于混掺试件,长度相当的杜拉纤维和玄武岩纤维混掺抗裂性能最优,其抗裂性能提高了99.5%;随着掺入纤维种类(3种混掺)的增加,虽试件抗裂性能有所降低,但仍有75.6%的提高率。     

光纤光栅传感技术在水工结构监测中的应用研究

应用新型光纤光栅传感技术,结合常见水工混凝土结构物的结构特征,采用结构测试、损伤评估等理论,建立了结构健康监测体系,对新型光纤光栅传感器在水工结构健康监测中的应用进行了相关研究,以此解决水工结构监测系统实际应用存在的基本构架技术问题。     

基于主动加热型FBG的土体干密度原位测量方法研究

针对现有干密度原位测量技术的局限性,提出了一种基于主动加热型FBG的土体干密度原位测量方法(简称H-FBG干密度法),该法通过土体的导热系数,建立温度特征值(Tt)与干密度ρd之间的关系,进而对干密度进行原位测量;在室内试验的基础上,讨论了该方法的最优加热参数,研究了土类型与含水率对测量结果的影响,证明了该方法的可行性...