浅谈分布式光纤岩土工程监测技术

基于布里渊光时域反射计（BOTDR）的工作原理,介绍了光纤测试技术是近年来国际上研发成功的一项新型的分布式光电传感技术。实践证明通过该技术,将传感光纤按照一定的工艺粘贴在埋置于土体中的测斜管上,由传感光纤实测的应变分布,可以实现深部土体水平位移的在线监测。     

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。     

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。     

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。     

桥梁结构健康分布式光纤测量模型试验研究

在BOTDR光纤应变测量原理分析的基础上,首先进行了桥梁挠度测量的光纤布设研究,通过在桥梁底面采用全面粘贴的方式布设光纤,进行桥梁底面挠度分布式光纤测量;然后,根据布设光纤应变变化分布,对桥梁挠度变化进行了光纤应变定性表征研究;再通过桥梁挠度变化时光纤变形的几何原理分析,进行了光纤应变量化表征桥梁挠度的数学表达式理论分析;最后进行了模拟桥梁挠度变形时BOTDR光纤测量的室内模型试验。结果显示：BOTDR光纤测量得到的桥梁挠度和百分表测量数值基本一致,BOTDR不仅可以表征桥梁挠度变形程度,而且可以精确标定桥梁变形范围和挠度分布,说明BOTDR分布式光纤监测技术进行桥梁挠度测量是有效的和可行的。     

BOTDR分布式光纤传感器及其在结构健康监测中的应用

分布式光纤传感器与传统的传感器相比具有很大的优越性,已经成为传感器领域的研究热点。其中,基于布里渊散射原理的布里渊光时域反射计(BOTDR)是一个重要的发展方向。本文在介绍了BOTDR的测量原理的基础上,设计了一个钢筋的三点弯试验,由BOTDR检测钢筋的上、下表面的应变分布,通过与有限元计算结果的对比,说明了BOTDR可以比较真实地得到结构物的应变分布,将BOTDR用于结构变形的健康监测是完全可行的。     

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。     

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。     

分布式光纤监测技术地质应用前景好

日前在南京大学举办的“首届地质工程光电传感监测国际专题讨论会”上，与会专家认为分布式光纤监测技术在地质工程领域的应用前景非常广阔。     

光纤测试与监测技术在隧道中的应用

光纤传感技术在隧道测试和监测中有巨大的应用空间和良好的应用前景。光纤传感技术可以高效安全的对隧道施工过程进行监测,实时反馈隧道结构的受力情况并及时提出预警,其组合开发成火灾报警系统可极大的提高隧道的运营安全,光纤传感器应用于隧道健康监测可对隧道衬砌结构进行全寿命的实时监测。光纤测试与监测技术应用于隧道是十分可行和有效的。     

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BOTDA光纤传感技术的盾构隧道变形感知方法

 盾构隧道横断面收敛变形是评价隧道结构性态的重要指标。由预制管片拼装而成的盾构隧道,接头刚度显著低于管片刚度,因此,其横断面变形主要集中在接头张开及管片转动部位。针对盾构隧道横断面变形特点,提出考虑分布式光纤传感技术空间分辨率的点式固定方法,测量相邻管片接头两侧的相对位移。运用几何学原理,对管片接头张开、管片转动及隧道变形进行分析。通过2组不同轴力下的盾构隧道接头室内原型试验验证该方法,结果表明该方法可以有效感知盾构隧道横断面变形。采用该方法长距离布设光纤,可形成盾构隧道变形感知神经网络,提高监测密度,实现长距离、高密度、高精度、低成本的盾构隧道变形健康监测,从而保证地铁隧道的运营安全。     

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。     

海底隧道结构健康监测设计研究

 由于海底隧道工程环境的特殊性与复杂性，因此为保证海底隧道运营安全，必须对海底隧道进行长期的结构健康监测，以此了解隧道结构在复杂环境中的受力变化状况，从而及时了解隧道结构损伤位置及损伤程度，进而对结构安全状况做出评估并加以有效处理。在对隧道结构健康监测现状进行总结后，针对海底隧道工程特点，结合在建的厦门翔安海底隧道工程，通过必要的数值模拟计算，首先确定出该隧道的监测内容及重点监测部位，随后结合工程实际情况确定监测断面位置、监测项目及监测仪器的选择、监测点布置等内容。同时，研究结果表明：(1) 不良地质段隧道结构安全监测，除对该位置隧道结构进行重点监测外，还应当在邻近较好地质条件处设立辅助监测断面，便于分析不良地质条件对隧道结构的影响作用；(2) 海底隧道结构的渗漏情况可通过监测其重点部位，如拱部的衬砌开裂情况，并配合相应位置的衬砌结构水压变化情况而间接获得。研究结果将对我国在建或拟建的海底隧道结构健康监测起到一定的指导作用。     

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。     

双连拱隧道两种工法的施工力学分析

目前，在连拱隧道施工中均不同程度地出现了围岩坍塌、已修筑的衬砌产生大面积裂缝等问题。金洞隧道位于渝怀线甘家坝与鱼泉之间。设计预留了二线隧道条件。二线位于一线右侧，进口两线间距14．09m，有分修条件：出口两线间距5．03m，设150m“燕尾”式隧道段，其中连拱隧道长42．2m。连拱隧道施工有很多种方法，在围岩条件较好时，往往采用三导洞法或两导洞法。为了比较这2种方法的施工安全性，采用有限元法对该区段隧道施工过程进行力学模拟计‘算，比较了2种不同施工方法下的洞周位移、初期支护的内力、安全系数等，得出一些有意义的结论，可作为连拱隧道施工时的参考。