基于弱光栅技术的地面沉降自动化监测系统

光纤监测技术具有分布式、精度高等特点,在地面沉降监测中具有独特优势。但受限于监测成本较高与监测环境复杂,目前地面沉降光纤监测多通过人工采集数据,限制了在特殊环境变化情况下地面沉降的实时信息获取。文章在地面沉降钻孔全断面光纤监测技术的基础上,设计并建立了基于弱光栅技术的地面沉降自动化监测系统。该监测系统利用弱反射光栅、时分复用、物联网和数据库等技术,通过4G无线通信手段实现了地面沉降在线自动化监测和远程数据实时采集,并通过客户端系统软件实现数据的存储、查询和分析。将其应用到衡水地区地面沉降监测中,结果表明:钻孔内土层压缩变形主要发生在以黏性土为主的隔水层（Ad2、Ad3、Ad4）;受季节性地下水开采的影响,钻孔100～400 m深度范围内砂土含水层存在波动变化,在监测期内,冬季略回弹,随后春季地下水开采量增大,地下水位下降,土层呈现压缩趋势。监测结果验证了该系统的可行性与准确性,使得整个地面沉降监测流程趋于自动化、规范化和低成本化,具有广泛的应用前景。     

基于长周期光纤光栅的海水盐度监测可行性试验研究

在气候变暖、海平面上升和人类活动等因素的作用下,海水入侵问题日益突出。盐度的变化是判定海水入侵严重程度的一个重要依据,因此,海水盐度的原位监测显得尤为重要。目前,海水盐度的传统监测方法缺少原位、实时、长距离的功能,而近年来有关长周期光纤光栅（LPG）技术测量液体折射率的研究为海水入侵过程中的盐度监测提供了一个新的视角。本文以海水入侵过程中盐度监测为研究背景,设计了基于LPG技术测量海水盐度可行性试验,并将测量结果与理论值进行了比较,论证了该技术用于海水盐度测量的可行性。试验结果表明:LPG谐振峰中心波长与盐度之间存在较好的线性关系,且测量值与理论值的线性相关程度较高,通过标定可实现对盐度的测量,LPG技术对海水盐度测量具有可行性。研究成果为研发下一代海水入侵LPG原位实时监测技术奠定了基础。     

连云港徐圩地面沉降BOTDR监测与评价

连云港市位于苏北沿海地区,地面沉降灾害面积较大,多地沉降速率超过20 mm/a,徐圩的沉降现状尤为严重。为了能够对徐圩地区的地面沉降进行精细化观测,文章采用BOTDR分布式光纤感测技术,对徐圩镇127 m深的钻孔地层进行了两年多的全断面精细化监测。结果表明:徐圩镇共有四个承压含水层组,I-1隔水层和I-2隔水层土体沉降量分别占总沉降量的70.29 %、24.59 %,抽水层的土体最大沉降量仅占比1.38 %。I-1隔水层和I-2隔水层的地层岩性包括淤泥质黏土（L2）、亚黏土（L3）、亚砂土夹粉砂（L4）,总厚度为44 m,由于抽水过程中隔水层向含水层失水,导致该隔水层土体固结压缩。同时,工程建设附加荷载对地面沉降的影响也不可忽视。徐圩地区现阶段的沉降仍在继续发生,但沉降速率有减小的趋势。BOTDR技术可有效获取地面沉降钻孔全断面的土层变形分布信息,为地面沉降评价提供了一种精细化的分布式监测手段。     

光纤布拉格光栅用于海水盐度监测初探

海水入侵问题已波及中国沿海的9个省份,其中海水入侵最为严重的山东、辽宁两省入侵面积超过2000 km2。在气 候变化和人类活动等作用因素的加剧影响下,海水入侵问题不可避免,因此,海水入侵的监测和防治是解决问题的关键, 具有十分重要的意义。本文针对目前海水入侵监测技术存在的问题,提出了一种可大范围实时原位监测海水盐度的光纤布 拉格光栅（FBG） 方法,并设计试验对三种FBG盐度测试方案的可行性进行了对比研究。试验结果表明：FBG技术应用于 海水盐度监测具有一定可行性;利用能量补偿技术的两点串FBG测试效果最佳,灵敏度及稳定性在三种方案中均最好。基 于FBG的海水盐度监测方法可以弥补目前常用的水化学法和物探法存在的不足,为海水入侵的监测和预防提供了一种先 进、高效的手段。     

低围压下锚固点应变传感光缆与土体变形耦合性试验研究

应变传感光缆与被测土体之间的耦合性是决定分布式光纤监测准确性的关键。为解决土工模型试验中传感光缆与被测松填砂土间的变形耦合性问题,本文研制了一种锚固点应变传感光缆,并利用自制的光缆-土体耦合性试验装置,开展了相关的光缆拉拔试验,探究了低围压下锚固点对应变传感光缆与砂土之间耦合性的影响及作用机理。研究结果表明:光缆的轴向应变随拉拔位移的增大而增大,但应变传递被限制在0.35 m以内;相同拉拔位移下,锚固点应变传感光缆比普通传感光缆需要更大的拉拔力;锚固点大大降低了应变梯度,使应变在一定范围内呈现出平均化的特征,影响范围为锚固点前后0.05~0.075 m以内。提出了耦合性的提升率指标,以此定量评价锚固点对增强光缆与土体耦合性的作用效果。本次试验中锚固点的提升率为97.41%,表明锚固点可有效增强光缆与土体的耦合性;同时,提出了一个力学模型来模拟锚固点应变传感光缆在松填砂土中的拉拔过程,准确地描述了光缆拉拔力与锚固点受力和光缆表面摩擦力之间的关系。研究成果对于土工模型试验中分布式光纤测试技术的应用提供了科学依据。