边坡工程分布式光纤监测技术研究

 通过对边坡及其加固工程进行实时、在线监测,可掌握边坡的变形动态,对滑坡进行预警。分布式光纤传感技术与常规监测方法相比具有很大的优越性,如分布式、长距离、实时性和长期稳定性等,可满足加固工程安全监测和滑坡早期预警的要求。对布里渊光时域反射技术(BOTDR)的测量原理和优点进行介绍,设计一套基于BOTDR的新型分布式边坡监测系统,详细阐述工程应用中传感光纤的布设方法、光纤保护和温度补偿技术等。通过将传感光纤按一定的方式布设在加固工程及坡体内,并相互连接构成基于BOTDR的边坡分布式光纤监测系统,进而实现对整个边坡的远程分布式监测。以实际工程为例,对边坡分布式变形监测结果进行分析。结果表明,基于BOTDR技术的边坡分布式光纤监测系统能够准确地反映边坡及加固工程的变形情况,具有显著的优越性,可用于边坡稳定性的监测和预报。     

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。     

光纤传感技术在边坡稳定监测中的应用与发展

介绍了光纤传感技术的研究和应用现状,对边坡监测中可应用的光纤传感器进行了分析研究,并对各种光纤应变监测技术进行了比较,指出了光纤传感技术必将成为工程监测的首选.     

基于光纤光栅技术的边坡测斜装置的改装与应用

将光纤布拉格光栅传感技术应用于边坡监测中,通过对现有传感器和测斜装置的改装,设计了一种新的边坡测斜装置,并将该项成果用于龙永高速公路某边坡的现场稳定性监测中,简述了光纤布拉格光栅传感技术现场应用时的元件安装、数据采集及分析等工作,证实了该改装方案的可行性。     

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。     

基于光纤传感的边坡工程监测技术

传统的边坡监测技术存在着精度低、耐久性差、难以实现集成等缺陷。针对边坡工程特点,探讨了光纤光栅、布里渊光时域分析和低相干干涉等光纤传感技术在现场监测的应用。根据不同的工程需要,结合这三种技术建立边坡监测系统,可用于对边坡位移和边坡支护结构的应力、应变进行自动化监测。在详细论述了光纤传感技术的基本原理、适用场合和系统架构的基础上,以香港一个公路边坡加固工程为例,简述了光纤传感技术现场应用时的仪器安装、数据采集与分析等工作。     

光纤传感技术在边坡监测中的应用与发展

研究了光纤应变监测技术的设计原理及实用性,介绍了边坡监测中可应用的光纤传感器,分析了光纤传感技术的优缺点,展望了光纤传感技术的应用,提出了光纤传感技术有待解决的不足之处。     

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。     

Soil strain-field and stability analysis of cut slope based on optical fiber measurement

A relatively small laboratory model of soil slope was constructed, and a special strain-sensing cable was embedded in the slope soil mass. The strain at different positions of the model slope was measured using pulse-prepump Brillouin optical time-domain analysis (PPP-BOTDA) technology during slope surface loading and slope cutting. The data measurements under loading were analyzed, and the co-deformation between the sensing cable and the artificial compacted soil mass is discussed. The results show that the specially designed strain sensing cable is co-deformed well with the soil after a loading of 225 kPa. The measurement data of the cut slope were analyzed in detail to elaborate the relationship between soil strain-field and slope stability. When the slope failed, the position of the sliding surface was coordinated with the strain anomaly area of the soil strain-field. A limit equilibrium analysis was then conducted to determine safety factors during slope cutting. This analysis allowed determination of the characteristic strains, reflecting the stability of the slope, which permitted the establishment of an empirical relationship between horizontal characteristic maximum strains and safety factors. The results were most effective in validating the use of the distributed optical fiber sensing technology for soil strain-field monitoring, for the purposes of evaluating slope stability and creating a warning system for landslides.     

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。     

江西风电边坡防护设计以及稳定性模拟分析

为解决现有的边坡稳定性分析方法计算效率低、误差大等问题,设计了一种新型光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器。在考虑温度补偿的情况下,该传感器采集边坡内部位移变化,并采用中心差分法(Central Difference Method,CDM)作为将测得的应变转换为周围土体水平位移的优化算法,该算法的优点在于计算误差较小,一旦监测工作准备就绪,根据目标函数的最大位移增量,在优化模型中由监测位移确定潜在的边坡滑动面。最后,采用毕肖普法进行积分处理,估算边坡安全系数。在同样的滑动面荷载情况下,相比于积分法的安全系数具有较小的下降梯度。通过模拟实验,验证了该分析方法和光纤光栅监测技术的可行性和可靠性。     

分布式光纤传感技术在预制桩基桩内力测试中的应用

分布式光纤传感技术具有分布式和长距离检测等特点,且传感光纤极易植入到成型工程构件中,在线形工程构件的监测和检测中具有独特优势。介绍了布里渊光时域反射计(BOTDR)的传感原理及预制桩传感光纤的植入工艺,给出了基于分布式应变模式下桩身变形和内力的分析方法和计算公式,并结合实例对测试误差来源进行了分析。研究表明:采用开槽粘贴布纤的铺设工艺,实现了预制桩分布式光纤应变测试,可获得桩身轴力、侧摩阻力及桩端阻力的分布特征,简化和完善了预制桩的内力测试工作。测试精度可通过设置参比光纤、提高定位精度、完善铺设工艺及滤波去噪等方法进行提高。