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。     

BOTDR技术在山体滑坡监测中的应用研究

介绍了山体滑坡的常用监测方法,但这些方法都有其自身的优缺点,在实际应用时难以均衡各方面因素的影响。自从光纤传感技术提出以来便得到了广泛的应用,尤其是分布式光纤传感技术。基于布里渊散射的BOTDR分布式光纤传感技术,具有抗电磁干扰、长距离检测、高灵敏度等优点。由于山体滑坡体具有地形条件复杂、物质组成多样、变形部位不规则、环境因素较多等特点,本文重点探讨了将BOTDR技术应用于山体滑坡监测的方法,并提出了结合TCP/IP协议实现立体远程监测的方法。虽然BOTDR分布式光纤传感技术还有一些关键问题需要解决,但是将它应用在山体滑坡的监测中将有着显著的优势和广阔的应用前景。     

基于光纤监测的边坡应变场可视化系统研究

近年来分布式光纤传感技术已成为土工测试领域的一股新生力量,在岩土体尤其是边坡的变形监测中发挥了日益重要的作用。基于该技术构建的边坡智能监测系统能捕捉坡表和坡体内部应变场的时空分布特征。由于光纤监测可获取海量数据,如何对其进行高效的提取、处理和挖掘是该技术应用中的瓶颈。基于MATLAB开发的边坡应变场可视化系统通过用户界面实现了对海量光纤监测数据的识别、去噪、预测分析和可视化展示,并具有边坡稳定状态诊断及预警的功能。在一组室内边坡模型试验中,采用该系统成功实现了边坡应变场监测数据的可视化,并对边坡稳定性相关的预警阈值进行了回归分析,体现了其处理数据方便、快捷、高效、直观等特点。该系统未来将在现场边坡的监测和滑坡预警预报中发挥重要的作用。     

基于BOTDR深基坑工程地下连续墙变形监测应用研究

分布式光纤监测技术应用到基坑支护墙体的变形监测中可弥补传统监测方式实时性差、智能化程度低等缺点。本文介绍了基于BOTDR的光纤感测技术对基坑支护体系地下连续墙的变形监测的传感光缆布设方法、变形计算原理,并对计算过程中产生的误差进行分析。分析结果显示,误差大小与支护墙体的深度、变形大小成正比,与两测线间的距离呈反比。研发了新型高强度应变传感光缆并将其应用于苏州地铁车站的基坑开挖过程引起的支护墙体变形监测中。监测结果表明：三级钢支撑可有效控制变形,该围护结构设计可行,地下连续墙变形在合理范围内;光纤数据与测斜管数据对比基本一致,说明了该计算方法的可行性。研究成果表明该方法可大规模应用于基坑开挖引起的地下连续墙变形实时预警监测。     

光纤传感网络在边坡稳定监测中的应用研究

本文设计了一种新型的光纤传感网络。该网络利用分布式光纤应变监测技术(BOTDR),将光纤(光缆)按一定方式布设成网络,埋入边坡表面以下一定位置,通过监测光纤(光缆)的应变变化,推算出边坡的表面变形。对室内模型进行的加载实验表明,该网络对悬挂重物而引起的表面变形很敏感,且能够精确分析发生异常的区域和应变大小,进而对表面变形状态进行三维模拟。     

基于BOTDR的锚杆拉拔试验研究

对锚杆应力分布状态的监测一直是岩土锚固工程中的难题之一。针对基于布里渊光时域反射计分布式光纤传感技术的特点设计了传感光纤的布设方案及安装工艺;结合锚杆拉拔试验,分析了这一技术用于锚杆应力状态监测的可行性。结果表明:基于BOTDR的分布式光纤传感技术具有结构简单、易于布设安装和测量范围大的优点,可以直观地得到锚杆在各级荷载下锚杆的通体应力、应变分布特征,试验中获得的多项测试数据的规律性都较好,该技术在锚杆应力应变分布状态的长期监测中具有广阔的应用前景。     

边坡分布式和倾斜光纤传感器位移监测方案的探讨

文中介绍了光纤传感器的测量原理及在边坡监测中的优点,并针对以往监测方法的不足,提出了基于(BOTDR)的新型分布式边坡监测系统,详细阐述传感器的布设方法,解决了光纤保护、温度补偿技术的难题,提出有效的整体远程监测系统的构件方案。     

BOTDR检测钢筋混凝土梁分布式应变的试验研究

为了验证基于布里渊光时域反射计(简称BOTDR)的光纤传感技术应用于桥梁健康监测的可行性,本文在钢筋混凝土简支梁的钢筋和混凝土表面布置了分布式光纤传感系统,对各级荷载作用下构件混凝土和钢筋的应变分布进行了在线监测。试验结果表明,BOTDR光纤传感技术能够准确监测试验梁的应变,并可识别梁的结构性破坏,可以应用于桥梁的健康监测。     

BOTDR应变监测技术应用在大型基础工程健康诊断中的可行性研究

基础工程如地下隧道、高架桥、跨江大桥、江河堤防等构筑物具有规模大、工程环境差异性大、实时动态监控和监测精度要求高等特点，因此常规的一些点式监测手段已不能满足大型基础工程健康诊断的监测要求。布里渊散射光时域反射测量技术(BOTDR)是一项新型光电监测技术，它利用布里渊散射光的光谱技术和光时域测量技术，可对沿光纤的轴向应变进行分布式监测。由于BOTDR这一独特功能，它已开始被应用于一些基础工程如隧道、堤防和滑坡工程等的监测。根据作者的实验研究和实际工程的应用，对这一技术应用于大型基础工程健康诊断中的可行性进行了系统分析；并运用已有的研究成果，详细阐述这一技术在实际应用中的相关课题，包括光纤铺设方法、光纤保护、距离分解度、温度和湿度影响、光纤疲劳效应、变形计算和智能监控系统等。研究成果表明，BOTDR技术十分适用于大型基础工程的健康诊断。     

光纤传感技术在边坡模型试验中的应用

 关于边坡模型的坡体变形监测较为困难,将光纤传感技术应用于边坡模型试验尝试解决这一问题。构建边坡模型进行人工降雨试验,采用光纤布里渊散射光时域反射测量技术(BOTDR)监测坡体变形和光纤光栅(FBG)传感技术监测坡面变形。将BOTDR光纤分层埋入坡体不同位置,以边坡后缘模型箱为固定的参照点,监测坡体内不同位置的应变变化;将光纤光栅传感器铺设在坡面的不同位置,以坡面后缘为固定参照点,监测坡面各位置处位移变化。根据降雨前、降雨过程中及降雨后变形记录资料,得到边坡在降雨作用下的变形规律：在降雨初始一段时间内,边坡并没有明显变形,随着降雨时间的发展,坡体和坡面位移会出现突发性的大幅度增长,并且距坡面较近的土体产生较大的变形,坡体底部变形较小。总体规律是随着坡体深度的增大,坡体变形受降雨入渗的影响越来越不明显,这解释了降雨诱发的均质土坡破坏容易出现在浅层的原因。在坡面上,后缘产生较大位移,而坡体前端位移较小。降雨停止后,部分变形值会变小。试验结果表明,用光纤BOTDR和FBG传感技术监测有众多的优点,且光纤传感技术在岩土模型试验中具有良好的应用价值和前景。     

抗滑桩变形监测及位移确定研究

针对抗滑桩深部变形监测中存在的问题,提出应用布里渊光时域反射计(BOTDR)技术监测抗滑桩深部变形及根据监测数据确定抗滑桩的位移。通过分析抗滑桩位移与其他物理量之间的关系,结合BOTDR监测抗滑桩应变特征,建立抗滑桩位移与应变之间的二次积分函数关系,并在假设基础上,给出边界条件和解析过程。通过对浙江省诸永高速公路红岩村I号滑坡抗滑桩BOTDR监测的实施及监测结果的计算,并与抗滑桩测斜监测结果对比,对基于BOTDR的抗滑桩位移确定计算模型进行了验证。研究结果表明：通过BOTDR技术监测抗滑桩的深部变形是可行的,抗滑桩的位移确定计算模型一定程度上能够满足工程需要,并且将光纤沿抗滑桩竖向受力钢筋布置,由其监测结果对位移进行计算较为准确。最后,对基于BOTDR技术确定抗滑桩位移的光纤铺设位置选取给出建议。本研究对推动BOTDR监测技术在抗滑桩以及相关桩基工程监测中的应用及数据使用方面具有参考和借鉴价值。     

光纤传感监测技术在工程地质领域中的应用研究进展

近年来,随着越来越多工程建设的开展以及城市地质灾害问题的出现,在工程地质中进行长期有效的结构稳定性监测显得十分重要。光纤传感作为一种新型监测技术,具有高精度、远程实时、长距离、耐久性长及抗电磁干扰等优点,能够弥补传统监测技术工程监测中的不足,应用广泛。本文通过总结前人相关研究工作,概括出光纤传感监测技术在隧道结构健康监测、地面变形监测、基坑监测和边坡监测中的应用现状,并得出几点结论和思考:(1)光纤传感监测技术符合工程地质学的发展战略;(2)光纤监测应该要与多学科进行有机、深度地结合;(3)分布式(准分布式)光纤监测技术在工程地质监测中的应用前景广泛。     

智能电力排管结构变形感知方法与应用

电力排管作为浅埋地下结构,其分布广,遍布于城市每条街道,易受到工程施工的影响,而传统监测技术难以实时捕捉到结构变形破坏过程,需要实现结构自感知。光纤传感技术是一种能够做到实时、长期、分布式、新型监测方法,其在智能结构自感知领域应用潜力广阔。通过一组模型实验,并对变形监测数据进行研究,得到电力排管的受力变形特性;分析光纤传感器所得的水平向应变与电力排管沉降变形之间的关系,提出了光纤沿电力排管结构埋设并首尾相接形成监测闭合环路的安装方法,并在现场试验中进行验证。实验结果证明了基于布里渊频域分析(BOFDA)的分布式光纤传感技术运用在电力排管变形监测中的准确性、可靠性和优越性。研究成果可用于运营期电力排管结构安全状态的分布式监测,实现结构变形自感知,为智能地下结构的应用打下良好基础。     

分布式光纤混凝土梁应变测试研究

分布式光纤由于其长距离、分布式、实时在线监测,适用于大坝、水闸等土木工程结构的健康监测。文中在梁纵向钢筋、混凝土梁外表面分别布置分布式光纤传感器,判定混凝土梁开裂荷载及裂缝分布。研究结果表明:分布式光纤传感器能够对RC梁结构应变、裂缝进行准确的监测;分布式光纤传感器进行结构健康监测是可行的。     

隧道健康诊断BOTDR分布式光纤应变监测技术研究

布里渊散射光时域反射监测技术是一项新型的光电监测技术,它利用布里渊散射光的光谱技术和光时域测量技术,可对沿光纤的轴向应变进行分布式监测,并具有分布式、长距离、精度高和耐久性长等特点。首先介绍了该监测技术的原理和特点,并以南京市鼓楼隧道健康诊断为例,介绍了该技术应用于该隧道变形监测以及监测的方案,讨论了隧道内环境因素如温差和振动等对监测结果的影响,验证了监测系统的灵敏性,最后对隧道的变形监测结果进行了分析,给出了鼓楼隧道的健康诊断。研究成果表明:该技术应用在隧道安全监测和健康诊断中是十分可行的,也是十分有效的。     

Case studies of high-sensitivity monitoring of natural and engineered slopes

High-sensitivity monitoring solutions are crucial for early warning systems of earth structures. In this paper, we discuss the design and implementation of such systems for natural and engineered slopes using two case studies. At the Gradenbach Observatory, one key element of the monitoring system is a large fiber optic strain rosette embedded in the slope. We demonstrate that the strain rosette can depict landslide deformations much earlier than geodetic sensors like GPS or total stations and is therefore well suitable for an early warning system. In a second application we report the construction of a reinforced earth structure using geogrids. A distributed fiber optic measurement system was installed to measure the current operating grade of the geogrids within the earth structure. About 2 km of Brillouin sensing cables were installed in the project area. It is demonstrated that the developed monitoring system is well suited for assessing the current state of health of reinforced earth structures.