地质和岩土工程分布式光电传感监测技术现状和发展趋势第四届OSMG国际论坛综述

第四届地质(岩土)工程光电传感监测国际论坛显示了国内外地质和岩土工程光电传感监测领域研究工作的以下几个特点:(1)理论研究不断加强,出现了一系列新的基础性研究成果; (2)开发出越来越多的适用于地质和岩土工程监测的新型传感器,这些传感器在精度、稳定性、可靠性、可集成性等方面具备了独特的优势; (3)分布式传感技术在地质灾害与岩土工程安全监测方面的应用日益增多,已开发出一些针对具体工程的监测系统; (4)全分布式和准分布式光纤传感技术已逐渐渗透到水利水电、交通、消防、电力、国防等相关行业,技术标准、监测规范的制定进一步受到重视。未来的研究建议包括以下几个方面:(1)研发具有优越性能价格比的全分布式光纤传感解调技术; (2)特种地质和岩土工程光纤传感器及其现场安装工艺的研究; (3)海量分布式光纤感测数据的传输和处理技术; (4)基于分布式监测技术的地质灾害预警和岩土工程安全评估理论和方法研究。     

地质和岩土工程光电传感监测研究新进展——第六届OSMG国际论坛综述

第六届地质(岩土)工程光电传感监测国际论坛于2017年11月3~5日在南京大学顺利召开。本届论坛主题为"基础设施监测技术前沿及应用",共设置了35场特邀报告,来自近20个国家和地区的350余位代表参会。本届论坛显示,近几年来国内外地质和岩土工程光电传感监测领域的研究工作又取得了很多新进展:(1)光电感测解调技术不断成熟和完善,监测信噪比、空间分辨率等指标也突飞猛进;(2)国际上出现了一系列适用于地质与岩土工程监测的新型光电传感器,如聚合物光纤土工织物等;(3)光电传感器及其监测系统成为保障隧道、堤坝、核电站、桥梁等基础设施安全运营的有力工具,为这些设施的健康状态诊断和损伤识别提供了数据支撑;(4)光电传感监测技术在地质灾害监测预警中扮演了越来越重要的角色。未来的研究热点主要集中于3个方面:(1)高性价比的分布式光纤传感解调技术的研发;(2)匹配地质和岩土工程监测需求的新型光纤传感器及其布设工艺的研发;(3)基于人工智能的监测数据处理和灾害预警系统的开发。     

地质和岩土工程光纤传感监测技术综述

光纤传感器与常规传感器相比具有很大的优越性,已经成为地质和岩土工程监测领域中的研究热点。本文介绍了光纤传感监测系统的种类、基本测量原理和目前国内外的研究发展状况,并对各种传感技术的性能和特点进行了比较,指出了光纤传感监测技术应用于地质和岩土工程监测尚需研究的相关课题。     

物理模型试验光纤传感测试方法应用进展

室内模拟试验是岩土力学与工程地质领域科学研究的重要手段之一。光纤传感测试是一种高精度、实时性、分布式和并行式的测试技术,构建物理模型试验光纤传感测试方法,推动了模拟试验技术的进步,为现场工程可以提供更可靠的指导。本文列举了常用模型试验光纤传感测试技术,综述了岩土力学与工程地质在5个方面应用模型试验光纤传感测试的进展,并对光纤传感器的结构形式、温度补偿、传感器标定、布设工艺等应用关键问题进行了总结,探讨了光纤与模型材料变形同步、协调和相容的关系。表明基于光纤传感技术的多尺度、多源信息模型试验研究将成为未来岩土力学与工程室内试验的热点。     

光纤传感技术在锚杆轴力监测中的应用

在简述了光纤Bragg光栅传感器基本工作原理的基础上,通过沪―蓉―西高速公路龙潭隧道支护锚杆轴力监测的工程应用,探讨研究了光纤传感技术用于岩土工程监测的几个重要环节--传感器选择、传感器安装、传感器标定及传感器埋设。通过现场监测获得了复杂地质条件下特长隧道支护锚杆轴力的变化特性,为光纤传感技术在岩土工程监测领域的应用积累了一定的经验。     

分布式光纤监测技术在三峡库区马家沟滑坡中的应用

针对传统感测技术的不足,本文开展了滑坡分布式光纤感测技术(DFOS)研究。对当前主要的几种DFOS技术及其相关原理做了简单的介绍,重点阐述了分布式传感光纤在三峡马家沟滑坡的布设方式。根据马家沟滑坡的工程地质环境特点,在抗滑桩内布设应变和温度感测光纤;沿坡体走向,采用直埋和定点相结合的方式开槽植入感测光纤;沿坡体纵向,在不同高程设置光纤综合监测孔,将分布式感测光纤粘贴于测斜管外壁和直埋于测斜孔内,同时在孔内布设FBG准分布传感器。监测结果表明:各类应变传感光纤均有效识别和定位了边坡表面变形的异常位置,证明了DFOS技术应用于滑坡监测的优越性。     

考虑变形协调的土体剪切位移分布式测试研究

岩土体的剪切破坏是地质工程领域较为常见的诱灾机制,岩土剪切变形的监测对于岩土工程防灾减灾至关重要。光纤传感技术因其可实现高灵敏度的分布式应变监测,成为获取岩土剪切位移信息的潜在手段之一。本文利用全分布式光频域反射(OFDR)技术及粒子图像测速(PIV)技术,开展了土体剪切位移监测可行性的试验研究。在充分考虑直埋式应变传感光缆和周围土体变形协调的基础上,探究了剪切试验中光缆应变测值与土体剪切位移之间的关联,并提出了实现两者转换的光纤应变积分法。试验结果显示:在光缆和土体耦合良好的阶段,光缆伸长计算值与土体剪切位移之间存在线性关系,使用高精度、高空间分辨率的OFDR技术监测土体剪切位移具备可行性;在光缆上布设管式锚固点或提高围压可以增加光缆和土体的耦合性能,进而获得更好的剪切位移监测效果。     

第5届地质(岩土)工程光电传感监测国际论坛

正(第一号通知,2014年10月12～14日)会议简介由南京大学主办的第5届地质(岩土)工程光电传感监测国际论坛(5~(th)OSMG-2014)将于2014年10月12~14日在江苏省南京市南京大学仙林校区举办。这是一个由国家自然科学基金委连续资助的系列会议,每2~3年举行一次,均有南京大学主办,现已成功举办了4届,已成为地质和岩土工程领域中光电传感监测技术及其应用的重要国际性论坛。     

第5届地质(岩土)工程光电传感监测国际论坛

正(第一号通知,2014年10月12~14日)会议简介由南京大学主办的第5届地质(岩土)工程光电传感监测国际论坛(5~(th)OSMG-2014)将于2014年10月12~14日在江苏省南京市南京大学仙林校区举办。这是一个由国家自然科学基金委连续资助的系列会议,每2~3年举行一次,均有南京大学主办,现已成功举办了4届,已成为地质和岩土工程领域中光电传感监测技术及其应用的重要国际性论坛。     

用于巷道沉降变形监测的光纤锯齿状布设技术与原理

矿山巷道、交通隧道等工程的顶板沉降变形监测是不可缺少的安全保障手段之一,现有的直线分布式光纤布设技术监测巷道沉降变形存在灵敏度较低的问题。将光纤沿巷道顶板的纵向铅垂平面布设成锯齿形状,构建相应的计算模型,给出具体的布设参数,获得了基于AV6419型号的光纤应变测试仪的监测精度和量测范围。试验结果表明,将光纤由直线式布设改变为锯齿状布设时不仅满足分布式光纤传感技术对于提取大范围测量场分布式信息能力的要求,而且通过巷道纵向分布式光纤的布设实现了监测巷道径向变形(如顶板沉降)的目的。计算模型监测的灵敏度相比于直线式有大幅度提高,为基于BOTDR技术的分布式光纤传感技术的应用与推广提供了新的方法和思路。     

传感光纤-砂土界面力学性质的试验研究

近年来分布式光纤感测技术在岩土与地质工程领域的应用研究已成为一个研究热点,但工程实践表明,埋入式传感光纤与被测岩土体之间的变形协调性会对监测结果产生显著的影响,该问题一直制约着光纤感测技术在工程监测中的推广。本文通过一系列室内拉拔试验,对比了3种预埋于砂土中的单模光纤在不同上覆压力的作用下的拉拔力-拉拔位移曲线,并建立了一个用于描述光纤-砂土界面力学性质的三段式的拉拔模型,分析峰值拉拔力、残余拉拔力、有效拉拔位移和残余拉拔位移4个参数在不同上覆压力作用下的变化情况。分析结果揭示传感光纤-砂土界面的力学特性和应力传递规律,为分布式光纤传感技术在岩土体变形监测中的应用,尤其在变形监测光纤的选用标准方面,提供了参考依据。     

地面沉降钻孔全断面分布式光纤监测技术

本文介绍了一种钻孔全断面分布式光纤监测技术,可以获得地面沉降过程中多场多参量数据,实现钻孔全断面的精细化监测。阐述了钻孔全断面分布式光纤监测技术的概念,并重点介绍了该技术涉及的传感光缆和传感器选择、钻孔回填材料、光缆-土的耦合性评价和光缆及传感器植入方法等关键技术。在此基础上,构建了钻孔全断面光纤监测系统。最后,结合苏州盛泽地面沉降光纤监测案例,介绍了钻孔全断面光纤监测过程和技术特点。     

光纤传感器及其在地质矿产勘探开发中的应用

与传统电、磁及机械传感器相比,光纤传感器集传输、传感于一体,具有诸多独特优势,在各领域中均存在广泛、特殊的应用前景和潜力。目前研究最多、应用最广泛、在该领域内占重要地位的两类光纤传感器是光纤光栅传感器和分布式光纤传感器,前者以光纤Bragg光栅（FBG）传感器为主,后者以基于拉曼散射的分布式温度传感器（DTS）和基于布里渊散射的分布式温度应变传感器（DTSS）为主。着重阐述了这两类光纤传感器在地质矿产勘探中的应用：光纤地震检波器在石油勘探中的应用、DTS和光纤光栅压力传感器在油页岩勘探中的应用、光纤传感器在智能完井中的应用以及光纤气体传感器在地下煤矿安全监测中的应用。光纤传感器目前存在规范性差、成品率低等的问题,特殊结构或特殊用途的光纤传感器的研制是未来发展方向。     

基于分布式光纤测试技术的大直径嵌岩桩承载性能研究

采用分布式光纤传感技术对赫章特大桥195 m主墩下的大直径嵌岩桩承载特性进行了系统的研究分析。首先采用室内模型试验验证了光纤技术在桩基测试中应用的可行性;然后通过现场埋设和施工过程中的数据采集、整理与分析,系统研究了大直径嵌岩桩的承载特性及其荷载传递机制;依托工程的实测变形量进一步证明了光纤测试技术的可行性和正确性。基于全分布式光纤传感技术的研究结果对大直径嵌岩桩理论及其工程应用具有参考价值,同时对光纤测试技术在桩基测试中的应用具有借鉴作用。     

基于温度测量的分布式光纤渗漏监测技术机理探讨

在简述分布式光纤传感技术测温原理的基础上,从三维微元体传热过程出发,推导了具有渗漏和内热源的多孔介质传热微分方程,给出了基于温度测量的分布式光纤渗漏监测技术的不同监测方法的监测方程。最后,从持续线热源的角度,阐述了分布式光纤监测渗漏的基本原理     

预应力高强度混凝土管桩桩身受力特性测试技术研究进展

预应力高强度混凝土管桩(PHC管桩)受制作工艺复杂、桩身结构独特、沉桩阻力较大等因素的影响, 其桩身受力特性的测试存在诸多难点。目前PHC管桩桩身受力测试技术可分为4类:点法监测、线法监测、全分布式光纤监测、准分布式光纤光栅监测。本文对PHC管桩测试技术的原理、优缺点、应用现状、相关传感器的安装方法等方面进行梳理和总结, 探讨了现用于PHC管桩测试技术及安装方法存在的问题。分析表明:基于布里渊散射原理的全分布式光纤监测与光纤布拉格光栅准分布式监测拥有更高的测试精度、更广的监测范围、更好的监测效果。光纤与桩身的变形协调、埋设光纤存活率、安装对桩身性状的影响等问题是未来PHC管桩桩身受力测试技术领域的研究热点。     

深圳市龙岗中心城岩溶塌陷光纤传感监测研究

岩溶塌陷具有的突发性、隐蔽性、不确定性,使其监测、预警预报问题一直未解决。通过多年的研发,光纤传感器监测技术已成为当今最为先进的岩土变形现场监测技术,特别是BOTDR技术,它的分布式、长距离、远程实时监控以及光纤耐久性好的特点正好弥补了传统监测技术的不足。目前光纤传感技术在岩溶塌陷（沉陷）灾害的监测上开展工作较少,本次工作主要目的为利用光纤传感技术实时监测岩溶塌陷。