地层塌陷作用下埋地管道光纤监测试验研究

目前,由于地层塌陷引起的埋地管道突发性事故时有发生,然而国内外关于这方面的研究相对滞后,尚无相关理论预测地面沉陷过程中管道及周边土体的受力变形规律。通过基于光纤布拉格光栅(FBG)的模型试验,研究了地层塌陷时管道的受力特征及土层的沉降分布规律,并推导提出了由光纤应变测值计算管道弯矩的方法。试验结果表明:①随着塌陷体积的增加,埋地管道呈现出顶底逐渐受压和侧边受拉的应变状态;②根据埋设在土体中的FBG应变读数可以将土体变形发展分为应力重分布阶段、土体蠕变压缩阶段和塌陷后的稳定阶段3个阶段;③地面沉降符合修正高斯分布曲线,在此基础上建立了光纤水平向应变与地面沉降变形之间的数学模型,并对比分析了理论计算值与试验值,发现二者具有良好的一致性。该研究为埋地管道安全性评估和灾变预警提供了一种新的思路和方法。