论大地感知系统与大地感知工程

本文提出了“大地感知系统”与“大地感知工程”的概念,并从地质体的特点,论述了大地感知系统的基本组成、感知要求及其相关技术,重点介绍了分布式光纤感测技术体系,总结了相关技术的感测原理和优缺点。最后,阐述了大地感知工程的内涵、需要解决的课题、相关安装和布设工艺等。论文对于大地感知系统的构建、地质工程监测和地质灾害防治具有指导意义。     

削坡作用土质边坡变形分布式光纤监测试验研究

采用高空间分辨率的PPP-BOTDA光纤感测技术,研发出一种适合于土体变形监测的特种感测光缆。通过水平向和垂直向感测光缆植入,对边坡模型在坡顶局部加载和削坡过程土体内部变形场进行了分布式监测,获得了荷载和削坡作用下坡体变形场的分布规律,并对边坡模型进行了有限元数值分析和计算评价。分布式光纤感测技术监测结果表明:在坡顶局部加载作用下土体水平向拉张变形最大值发生在坡体中部,这与数值模拟结果一致;但在削坡作用下,坡体水平向拉张变形最大值发生在坡体上部,表明削坡作用改变了边坡模型的变形规律,上层土体在坡顶局部荷载作用下易发生倾倒变形。研究结果也表明,作者研制的特种感测光缆具有良好的感测性能,可以对土体变形场进行准确有效监测。     

降水及回灌过程中土体变形响应室内模型试验研究

过度抽取地下水是引起地面沉降的主要原因,而人工回灌地下水能在一定程度上延缓地面沉降的速率并能使地面发生部分回弹。为研究降水及回灌过程中土体变形规律,本文设计了砂土-黏土-砂土互层的室内模型试验。针对室内模型试验,选取特种感测光纤,研究了光纤的埋设工艺,运用分布式光纤感测技术捕捉土体在水位变化过程中各土层的应变数据;采用传统的分层沉降标和测水头管,观测了试验过程中土体沉降变形和自由水位面变化;对比分析了分布式光纤感测技术在降水及回灌过程中对于土体内部变形监测的准确性与可靠性,研究了该过程中土体变形对水位变化的响应规律。研究成果为地下水位和土体变形长期观测资料的合理分析提供了试验依据,并有助于推动分布式光纤感测技术在地面沉降现场监测中的应用。     

采动覆岩变形分布式光纤物理模型试验研究

采动覆岩变形破坏对开采巷道的安全构成威胁,同时易造成地面塌陷,对地面构筑物的安全和地质环境产生影响。因此,对煤层采动覆岩变形进行监控,具有重要的现实意义。论文针对煤层采动覆岩变形破坏的一般规律,利用分布式光纤感测技术,开展了采动覆岩变形物理模型试验研究。采用将感测光缆竖直植入物理模型内部的布设方法,获得了煤层采动过程中覆岩变形分布式监测结果。将光纤测试结果与常规近景摄影结果进行对比,结果基本吻合;同时,揭示了采动覆岩变形破坏规律和覆岩离层的演化过程。利用经验公式计算得出"导高"均值约为30.6cm,这与光纤监测数据分析估算得到的30cm基本一致。试验结果表明:将分布式光纤感测技术引入采动覆岩破坏模型试验是可行且准确的,为以后的相关研究提供了一种新的思路与方法。     

深基坑支护桩布里渊光时域分布式监测方法研究

支护桩是深基坑支护结构中的关键组成部分,其支护效果直接影响到深基坑的稳定性,因此对支护桩应力应变状态 的监测十分重要。该文选择了一种能够单端测量的分布式光纤感测技术-布里渊光时域反射计（简称BOTDR）,将其应用 于深基坑支护桩的变形监测,介绍了这一技术的基本原理、需解决的关键问题及实施技术路线,并结合南京某深基坑工 程,验证了这一技术方法的监测效果。结果表明,基于BOTDR的监测方法可以对深基坑支护桩进行全分布式监测,方法可 行,结果准确,为深基坑支护桩监测提供了一种新的技术手段。     

分布式光纤探测地裂缝的理论基础探讨

地裂缝监测是科学认识其成灾机制并进行灾害防治必不可少的工作。高空间分辨率分布式光纤感测（DFOS）技术的发展及其在地质和岩土工程监测中的应用,为地裂缝的精细化探测提供了技术支撑。本文探讨了DFOS技术探测地裂缝的理论基础。以地裂缝形成过程中土体的张拉破坏模式为例,结合传感光缆应变的特点,提出了基于线应变的地裂缝形成判定准则:R_s=ε₃/ε_t（其中,ε_t为土体的极限拉应变,ε₃为最小主应变）。当R_s小于1时,最小主应变小于极限拉应变,土体未发生张拉破坏;当R_s大于1时,土体发生张拉破坏,地裂缝形成。在此基础上,对DFOS探测地裂缝过程中存在的空间分辨率效应、传感光缆-土体界面效应、应变局部化效应、温度效应和应变传递效应及其对策进行了分析和讨论。在实际应用中需针对不同的地质条件和监测需要,对这些效应进行分析和处理,以提高监测结果的准确性。