光纤光栅锚杆传感在隧道应变监测中的技术研究

针对隧道施工和运行长期监测的需要和当前的岩土监测所用电磁传感器的不足,基于分析了光纤布拉格光栅(FBG)传感监测原理和实现方法,在直径为22 mm的普通螺纹钢上设计和制作了隧道应力应变监测用的FBG锚杆传感器,并分析FBG探测锚杆轴向应变的原理。通过试验室和公路隧道现场对已制作的FBG锚杆进行动态测试与应用,效果良好,并突出了FBG锚杆传感灵敏度高、稳定性好、测量范围大、结构简单和能在野外岩土结构工程进行长期有效监测等优点。     

地震CT技术在隧道工程中的应用

详细介绍了地震CT技术的原理及其特点，并结合工程实例，分析了它在隧道工程中对隧道前方地质情况进行超前预报的实用性，以及对工程施工的指导作用，指出了该技术在隧道工程领域的广阔应用前景。     

光纤Bragg光栅传感技术在隧道模型试验中应用

在模型试验中,锚杆一般尺寸较小,应变监测较为困难,可将光纤Bragg传感技术（FBG）应用于隧道模型试验中解决该问题。基于西安地铁二号线4个典型断面实际工况进行隧道模型试验,将自行设计封装的光纤Bragg光栅传感器粘贴在锚杆模型表面,监测其在不同应力状态下的应变。根据隧道开挖前、隧道开挖后、衬砌支护后、抗裂极限状态和极限破坏状态5个应力状态的实测数据,得到锚杆轴力在隧道受力过程中的变化规律。试验结果表明,锚杆受力大小在隧道开挖前后有一定变化。衬砌支护后,随围岩压力增加,锚杆轴力基本呈增加趋势,拱顶附近锚杆承受压力,支护后压力变化不大;拱肩到墙角的锚杆承受拉力,衬砌支护后受力开始增加;锚杆在含水率大的黄土隧道中受力较大,更能发挥其作用。文中方法在模型试验中的应变监测方面提出新的可靠途径。     

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。     

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。     

地震CT勘探原理及其在公路隧道病害诊断中的应用

地震CT勘探是一种新的地球物理方法。具有分辨率高、可靠性强、信息量大、图象直观的特点。可以广泛地用于线路、场地、隧道、边坡等项目的工程地质勘查和病害诊断。在元磨高速公路芭蕉箐隧道的地质病害诊断中应用地震CT进行勘探,取得了良好的效果。     

CT技术在铁路路基病害勘探中的应用

在铁路主要干线大提速的背景下,路基病害的探测、定位及整治已成为一项重要而紧迫的课题。采用CT速度成像技术,重建路基下介质结构图像,可以准确提供岩溶、洞穴、软弱土层等路基病害存在部位的定位依据。这里简要介绍了声波CT的基本原理、反演重构技术和声波勘探的CT工作流程,并通过工程实例给出路基病害CT探测的实施过程和分析结论。工程实践表明,CT技术在铁路路基病害勘探中具有良好的应用效果。     

FBG温度低敏传感器在大型钢结构施工监测中的运用

目前在桥梁、钢结构等表面应力监测领域中,光纤光栅因具有抗电磁干扰能力强、灵敏度高、环境适应能力强、使用寿命长等优点,已经成为一种新的先进监测、检测手段,但FBG波长随温度变化而产生的漂移往往严重影响监测系统的性能,因此需要对FBG进行温度补偿。介绍了一种新型的FBG传感器并结合具体的工程项目,论述了其温度低敏技术能精确地剔除温度对应变的影响,实现结构物的长期健康监测。     

地震技术在隧道工程勘查中的应用

以折射波法及反射波法介绍了地震勘探技术在石柱槽隧道及大桠隧道探测断裂破碎带、断层中的应用情况，包括观测系统、处理方法及解释依据。结果表明地震技术在隧道工程勘查中具有良好的应用效果。实例说明，在隧道工程勘探中，因地震波能量衰减较快，除了选择合适的地震勘探方法、观测系统及工作参数外，还应特别注意选择较小的偏移距及道距。     

植入式光纤传感器在隧道结构中的边界效应研究

为探究植入式光纤传感器与隧道衬砌的应变传递的边界效应,分别从理论、试验和现场应用3个方面进行研究,并在实际工程中进行了验证。构建了光纤在混凝土衬砌中的应变传递模型,进行光纤应变传递机制分析,计算了光纤应变传递效率,并与数值计算结果对比,验证了力学计算模型的准确性。使用钢筋混凝土梁模拟隧道的混凝土衬砌,在其表面植入分布式光纤,进行了2组试验。对试验梁进行分级加载并使用BOFDA技术对光纤进行测试。试验结果表明:植入式光纤传感器存在边界效应,结构两端为光纤的低效率应变传递区,不能完全传递试验梁的应变;试验梁中部为光纤的高效率应变传递区,能够完全传递试验梁的应变。基于以上研究成果,在北京市新机场线地铁暗挖隧道CRD工法区间,采用植入式工艺在隧道衬砌内布设了分布式光纤传感器,进行了工程应用研究。监测结果表明,边界效应对工程监测结果影响很小,分布埋入式光纤布设工艺是可行的。该研究可为分布式光纤技术在地下工程结构监测中的应用提供参考。     

三向FBG应变传感器及在隧道开挖模型试验中的应用研究

基于模型相似材料,研制了适用于模型试验的三向FBG(fiber Bragg grating,光纤光栅)应变传感器,克服了传统的光纤应变传感器力学干扰大等缺点,且简化了力学传递过程。采用有限元方法重点分析了胶体弹性模量对传感器力学传递特性的影响,试验中选择了弹性模量为300MPa的胶体,其应变传递系数为0.662,传感器的灵敏度为0.794pm -1。将该FBG应变传感器用于隧道开挖模型试验中,分别研究支护台阶法开挖、支护全断面开挖及无支护全断面开挖方式下的围岩应变分布状况。传感器监测结果表明,支护台阶法开挖围岩的稳定性较好。该试验为研究隧道不同开挖方式与支护方式提供了可靠的数据支撑。     

微型FBG土压力传感器的优化设计及其模型试验应用研究

本文针对地质力学模型试验,特别是针对含水地质结构的模型试验中土压力测量的不足,利用光纤光栅体积小、易封装、防水抗腐蚀、防电磁干扰等特点,基于短栅距光纤布拉光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)设计了适用于地质力学模型试验的微型FBG土压力传感器。采用有限元力学仿真对传感器的膜片尺寸、传感器厚径比进行优化,得到传感器在0~1MPa土压力测量范围内,直径20mm、高度为0.2mm的圆平膜片灵敏度高且不易造成FBG光谱畸变,厚径比为0.16(H:4mm/D:25mm)的传感器测量结果更可靠且对被测岩土介质影响较小。标定试验表明,传感器在0~1MPa压力范围内具有很好的重复性与一致性。将该传感器应用于海底隧道模型试验,监测隧道开挖过程的围岩应力释放规律,该传感器很好地监测了隧道从迅速失稳到逐渐稳定的变化过程,从而证明了设计的微型FBG应用于模型试验的可行性。     

TSP超前地质预报探测技术及其应用现状

隧道工程的地质条件复杂多变,为了保证隧道施工安全和高效,超前地质预报探测就显得十分重要和必要。TSP是瑞士Amberg测量技术公司专门为隧道施工地质超前预报而设计的一套超前地质预报系统。与其他预报方法相比,该探测技术系统从数据采集、处理和成果解释等方面都具有一定的优势。本文从TSP原理、功能特点、技术发展、存在问题等方面对TSP作了系统阐述。并对TSP探测技术作了简要的总结,从而推广TSP在隧道施工中的应用。     

光纤光栅应变传感器在地质灾害上的应用

根据光纤光栅传感的原理,提出了光纤光栅式封装应变传感器,对其传感特性进行了研究,并进行了室内实验。结合光栅传感监测滑坡的应用实例,探讨了光纤布拉格光栅传感元件在滑坡体上的布设工艺及监测过程。分析初期的监测结果,针对监测系统可能出现的问题提出了解决途径。     

相干技术在三维地震勘探构造解释中的研究与应用

我们在文中详细探讨了相干技术在断层识别中的应用,并针对三维地震资料,提出了一种具体实用的算法,为地震资料解释提供了一种新的方法和手段。依此方法编制了相应的处理软件,对实测三维地震资料进行了处理,取得了显著的效果。     

跨孔地震CT层析成像在盾构隧道超前地质预报中的应用

利用跨孔地震CT层析成像技术对地铁盾构隧道区间地层进行高精度的探测, 获取测试孔间的地层信息和不良地质体分布情况, 从而达到对盾构隧道施工超前地质预报的目的。通过引入尺寸误差和区位误差参数, 进一步对比分析了跨孔地震CT层析成像技术对于探测目标体的区位探测效果、尺寸探测效果。误差分析成果显示, 跨孔地震CT层析成像技术对于目标体区位的探测效果要优于对目标体尺寸的探测效果。对于不同探测目标, 探测精度主要由探测目标体与周围环境间的地震波波速差异决定。此外, 通过对比测试断面不同区位的探测效果, 可得出测试孔中间区域探测精度要高于邻近测试孔区域。根据分析结果及结论, 最终形成一套基于跨孔地震CT层析成像技术的盾构隧道超前地质预报方法。     

瞬态面波和地震折射法在隧道勘察中的综合应用

瞬态面波勘探技术是近几年快速发展起来的高新技术,在工程勘察中得到广泛应用,效果良好.笔者结合工程实例,介绍了在地震折射勘探中同时采集面波信号,在资料处理时利用面波组份进行分析,配合折射资料对测区覆盖层、强风化层、中风化层及弱风化层厚度进行划分,同时相互映证解释基岩面的埋藏情况.     

声波CT在基桩检测及桩基勘测中的应用

从实践的角度介绍声波层析成像的原理、数据采集与处理方法。为保证反演精度,提高原始数据质量,特别强调慎重选择震源、记录仪器、传感器,以及合理选择采集参数与成像参数,并通过实例介绍声波CT在基桩检测及桩基础勘测中的应用。     

地震层析地质解释原理及其在滇西深部构造研究中的应用

本文首先简要地介绍了地震层析方法的原理,着重探讨了三维速度异常地质解释的几个基本问题,包括划分构造层的物理基础、确定分辨尺度的依据以及估计地质时限依据的岩石热力学过程。然后介绍了应用地震层析及地质解释方法研究滇西造山带的地壳、下岩石圈及软流圈构造所得到的主要结果,并与人工地震测深及大地电磁测深结果进行了比较。这一工作说明地震层析可以作为岩石圈与软流圈构造研究的一种有效手段,在造山带深部构造的研究中将发挥独特的作用。