基于分布式光纤传感技术的二维变形监测试验研究

科学合理的岩土体变形监测是岩土工程稳定性和安全性评价的重要指标，充分发挥分布式传感光纤测量技术特点，基于特殊设计的光纤变形试验装置，提出了一种基于分布式光纤传感技术的二维变形监测方法，开展了5类水平位移与沉降调节工况的传感光纤室内二维变形试验与2组堆石坝工程内部变形实测数据的模拟验证。研究结果表明5类试验工况下40组试验测得其水平位移和沉降绝对误差均小于1mm，该二维变形监测方法的变形监测性能优越。基于200m级坝高堆石坝实测水平位移、沉降数据开展的室内模拟试验，试验结果在曲线形式及量值上均与实测结果吻合度均较高，406 m长的测量断面以测点间距为3.3 m的准分布式监测，测点沉降测量误差为cm级，水平位移测量误差mm级；说明基于分布式传感光纤技术的二维变形监测方法，可满足岩土体变形监测需要，具备良好的应用前景。     

混凝土面板堆石坝面板挠度分布式监测试验

混凝土面板堆石坝的混凝土面板安全是保证混凝土面板堆石坝安全运行的最重要保障,混凝土面板的挠度变形监测是混凝土面板安全监测的主要组成部分。基于分布式光纤传感技术,提出了一种混凝土面板挠度分布式监测新技术,开展了系统试验测试验证混凝土面板挠度分布式监测新技术测量精度并论证其可行性。建立了基于Matlab程序和准分布式散点应变测试数据的挠度计算方法,结果表明该方法所得计算值与实测结果吻合,各测点挠度变形测量的绝对误差5 mm,平均相对误差3%,挠度变形测量准确度达到mm级,能较好监测不规则挠度变形曲线,验证良好,且实现了全断面分布式挠度变形监测,证明了混凝土面板堆石坝的面板挠度分布式监测新技术的适用性和先进性,并适合大挠度变形测量,可满足300 m级混凝土面板堆石坝在全长范围混凝土面板分布式挠度监测需求。     

基于光纤陀螺的堆石坝内部沉降分布式监测技术研究

针对传统堆石坝内部沉降监测技术已难于满足超高堆石坝内部沉降监测需求。文章开发了基于光纤陀螺仪(FOG)的堆石坝内部沉降分布式监测系统,该系统主要由监测管道、监测小车和牵引装置组成。推导FOG监测系统测量坝体内部沉降的原理,考虑监测小车不匀速问题,建立监测小车运行速度函数关系,引进经验模态(EMD)-小波混合降噪方法滤除监测小车运行过程中的振动噪声和FOG漂移误差。该监测系统成功应用于猴子岩面板堆石坝。现场监测结果表明,FOG2次独立测量结果的相关系数为0.986,说明FOG监测系统工作性能稳定,与水管式沉降仪测量结果基本一致,验证了该系统的可行性和准确性。     

高面板堆石坝内部水平位移新型监测技术研究

中国高面板堆石坝设计理论及筑坝技术已达到世界先进水平,但传统测量手段难以适应300 m级高面板堆石坝安全监测的技术要求,亟需发展新型的高面板堆石坝安全监测技术。对提出的坝体内部水平位移监测分布式光纤监测系统开展了详细的等比尺模型试验研究和原型坝监测试验研究,分析试验研究结果表明该坝体内部水平位移新型监测技术用于300 m级高面板堆石坝最长1000 m的监测断面的沿程水平位移测量,其测量精度通过模型试验和原型试验均得到验证,满足相关规范要求,可以满足高面板堆石坝内部水平位移监测的工作要求。该新型监测技术在土石坝内部水平位移监测工作应用中具备独特特性和优点,是高面板堆石坝内部水平位移监测的一种具有良好应用前景的新型监测技术。     

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。     

广义塑性模型适用性初探

为验证筑坝材料广义塑性模型在土石坝数值仿真分析中的适用性,以四川猴子岩高面板堆石坝为例,分别采用邓肯E-B模型和广义塑性模型对面板堆石坝进行三维数值模拟计算,并与现场监测数据进行对比。结果表明,竣工期广义塑性模型计算所得堆石体水平向位移及竖向沉降均小于邓肯E-B模型,坝体第一主应力计算结果基本一致,第三主应力E-B模型计算结果小于广义塑性模型;正常蓄水位期,水荷载作用下广义塑性模型预测的坝体水平向变形及面板挠度较邓肯E-B模型小,面板应力较邓肯E-B模型大。两种模型计算所得坝体变形及应力分布规律基本一致,广义塑性模型计算结果比邓肯E-B模型更接近现场监测数据。两种模型的数值计算与实测资料基本吻合。     

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。     

中国高混凝土面板堆石坝性状监测及启示

阐述了中国高混凝土面板堆石坝(坝高129 m以上)安全监测布置、监测仪器选型和数量以及监测主要成果,在分析了高混凝土面板堆石坝监测资料的基础上指出筑坝材料的变形特性、坝高和河谷形状是影响混凝土面板堆石坝工作形状的主要因素,提出了坝体沉降特征值Cs、坝体水平位移特征值CDu和CDd、周边缝位移特征值CDS、面板垂直缝位移...     

分布式光纤在桥梁监测中的应用研究

由于传统桥梁监测方案主要为点式测量,易造成漏检,可靠性低,若加密布设则造成工作量的成倍增加,且每次测量均需进行较长时间的现场准备工作,也难以实现远距离、大面积监测,因此亟需寻找一种更便捷和可靠的监测技术以弥补这些不足。基于PPP-BOTDA的分布式光纤传感技术具有精度高、测点多、可靠性强、抗干扰、耐腐蚀、测量范围广且可长距离监测等优点,发展潜力巨大,可广泛推广应用于各类岩土工程监测领域。依托汉江特大桥建设工程,采用传统监测方式与分布式光纤技术进行对比研究,结果显示光纤技术具有更精确的优势,也更能精确地反映出结构体内部各处的应变,证明了其实际应用中的可行性与优越性。     

紧邻基坑的地铁隧道监测技术方案研究

城市深基坑施工会对紧邻环境产生影响,如导致紧邻建(构)筑物产生变形甚至破坏。本文制定了一种新的纵向及横向光纤传感网络的监测方案,对紧邻基坑开挖时既有盾构隧道的受力状态进行了监测。该方案的基础是测量隧道的纵向应变分布,所提出的光纤传感器网络能够将隧道纵向运动解耦分解为剪切和弯曲分量。方案中采用全分布式光纤传感器和光纤光栅传感器,对隧道横断面变形和纵断面不均匀沉降变形进行监测,纵断面光纤布设方案为直线型和“Z”字形定点布设,环向断面光纤布设方案为直线型布设,部分环采用“Z”字形。监测结果表明,此方案可以有效得到隧道管片结构的剪切和弯曲变形,是一种切实可行的布设技术方案。     

水布垭面板堆石坝应力变形监测资料分析

土的本构关系、土与结构物相互作用机理、土工数值分析方法始终是土力学研究的核心问题,高面板堆石坝作为一个典型的土工构筑物,其应力变形实测成果对于研究上述问题是非常有意义的。依据水布垭面板堆石坝的监测资料,对高面板堆石坝的坝体变形、面板应力及面板缝的变形进行了系统分析,为堆石料本构模型的研究、堆石坝的应力变形数值分析及设计提供参考。     

基于BOTDA技术的预应力钢绞线分布式应力监测技术研究

介绍了一种利用分布式光纤传感技术监测预应力混凝土中预应力钢绞线应力、应变状态的新方法。通过在钢绞线表面布设分布式传感光纤,并安装在预应力混凝土的波纹管内,与同一波纹管中的其他钢绞线同时受拉变形,对预应力钢绞线应变进行分布式测量,从而实现预应力混凝土中预应力钢绞线的分布式应力监测。该技术在某高架桥预应力混凝土横梁中成功应用,揭示了预应力钢绞线应力衰减的变化过程。     

高混凝土面板堆石坝变形安全内涵及其工程应用

在分析国内外高混凝土面板堆石坝出现的严重问题的原由的基础上,摒弃几十年来面板堆石坝经验设计的概念,指出高混凝土面板堆石坝除了通常土石坝要求的抗滑稳定安全和渗流稳定安全以外还必须满足变形安全的要求。建立了高混凝土面板堆石坝设计的变形协调新理念,包括坝体沉降协调、坝体水平位移协调、面板法线方向和坝轴线方向的坝体变形和面板变形同步协调,提出了高混凝土面板堆石坝变形安全设计的内涵包括变形协调准则、判别标准、计算方法和对策,以 203.5 m 高的 Bakun 坝为例,阐明变形协调设计新理念替代经验设计概念的必要性。     

光纤传感技术在房屋监测中的应用探索

为探索光纤传感技术在房屋监测中的应用效果,同时采用光纤传感技术和传统人工测量技术两种方式,对房屋的相对沉降、倾斜和裂缝发展三方面信息进行了监测,并对两种测量方式的结果进行了对比分析,结果表明光纤传感技术与传统人工技术测量结果基本接近。     

河谷形状对深覆盖层上面板堆石坝变形的影响

采用非线性有限元分析方法,建立了坝体和坝基的三维有限元模型,通过改变岸坡坡度,对深厚覆盖层上面板堆石坝的坝体及面板变形的变化规律进行计算分析。研究了河谷形状和深覆盖层对面板堆石坝的变形特性的影响。研究结果表明:建在深厚覆盖层上的面板堆石坝,坝基覆盖层对上部坝体的沉降变形有明显的影响,坝体和坝基的沉降数值随着岸坡坡度的逐渐变缓而增大;面板底部的最大挠度较建在基岩上的有所增大,而且随着岸坡坡度的变缓,也呈现出逐渐增大的趋势。     

盾构隧道分布式沉降光纤监测技术应用研究

为解决城市轨道交通盾构隧道施工期及运营期长距离沉降监测的难题，基于布里渊（BOFDA）技术提出了一种长距离分布式沉降监测方法。建立了相应的应变–位移算法，并通过室内试验进行验证。将该方法应用至南京地铁2号线工程中，实现了1 km长度上的分布式沉降变形监测。结合人工水准测量数据，对光纤监测结果进行验证，研究结果表明：监测段隧道经过注浆修复后，达到了较为显著的稳固效果，3个月时间内整体变形量在±1 mm以内，变形规律与修复前基本一致。所提出的分布式光纤沉降监测技术可以实现隧道长距离、精准沉降监测。     

岩梁变形监测的分布式光纤传感技术

在模拟矿山开采引起的岩层运动时，将光纤传感器埋入模型的岩层中，研究采用光纤传感技术监测岩体变形的理论和技术。提出一种基于光时域反射技术的分布式光纤传感系统和一种新的测试方法，设计出新型光纤微弯传感器，该传感器既可以实现微弯，又可以实现宏弯。通过2m相似材料模型实验，验证了光纤测试岩梁变形的可行性。     

基于光纤光栅静力水准传感器的管道变形监测技术

为了解决软土地基、冻土区域埋地管道变形监测难题,提出采用光纤光栅静力水准传感器开展管道变形监测,多个光纤光栅静力水准传感器布设在管道的上表面并基于波分复用功能形成一个传感监测通道,可对管道变形进行准分布式在线监测,并通过现场监测试验验证了该监测方法的可行性。测试数据表明:管道运行期间没有发生变形,测试数据稳定可靠。     

锚固面板堆石坝的构筑方法及其稳定性分析

面板堆石坝是一种常见的挡水构筑物。在堆石填筑技术的基础上,通过堆石体中布设预应力锚索和下游坝坡增设钢筋混凝土框架网,将锚索分别与上游坝坡面板和下游坝坡框架锚固起来,提出了一种堆石体与锚固体协同工作、增强稳定性、减少填筑体的新型坝体结构——锚固面板堆石坝。阐述了锚固面板堆石坝的构筑方法,应用邓肯—张E-B模型的有限元数值方法,比较分析了堆石坝有、无预应力锚索加固条件下的变形特征及稳定性。分析表明锚固面板可以提高坝体的稳定性、缩短坝体底宽、减少填筑工程量,获得了经济效益。     

分布式光纤传感器监测预应力锚索应力状态的试验研究

对预应力锚索应力分布状态的监测一直是岩土预应力锚固工程中的难题之一，而布里渊光时域反射计（BOTDR）光纤应变传感技术是一项新型光电监测技术，可对光纤及其附着支护表面的轴向应变实现分布式监测，因此研究如何将其应用于岩土工程预应力锚固体系的应力监测具有重要的理论意义与工程价值。分别对1根钢铰线锚索与3根基纶纤维增强复合塑料（AFRP）锚索进行了应力状态监测试验，分布式应变采样点最小间距为5cm。测试结果表明，分布式光纤传感器具有较高的测量精度，光纤传感器与应变计测量结果之间的相对误差小于3．8％。在张拉锚固阶段，1根钢铰线锚索的预应力损失为8．8％，3根AFRP锚索的预应力损失小于6．08％；30d后钢铰线锚索预应力损失为11．1％，AFRP锚索预应力损失小于10．3％。由此可见，将BOTDR分布式光纤传感技术应用于岩土工程预应力锚索的应力分布状态监测具有广阔的前景。