基于光纤传感技术的地裂缝物理模型试验

苏南地区地裂缝成因机制较为复杂,且灾害活跃。以光纤光栅传感器为监测手段,建立基岩潜山条件下物理地质模型,模拟抽水差异性沉降过程,揭示地裂缝发育演化规律。试验结果表明:（1）地下水过量抽采导致的不均匀沉降是地裂缝发育的最直接因素,地下水水位降深越大、抽采速率越快,地面沉降越明显。（2）基岩潜山形态位置对地表沉降起控制作用;同时地面沉降最严重区域与地裂缝分布区域基本一致;基岩潜山的发育位置形态、地表的沉降曲线以及地裂缝分布情况基本一致。（3）模型试验结果与研究区地裂缝灾害发育规律基本一致。此次基于光纤技术的物理模型试验研究为地裂缝研究提供新的方法与手段。     

应用于海洋环境和海洋工程的光纤传感技术

随着海洋经济的高速发展,加强海洋国防安全、提高海洋资源开发能力和保护海洋生态环境作为相辅相成的三个方面日益受到重视。有效的传感检测技术是保证海洋安全、高效资源开发、防止污染、维持生态平衡、实时监测等方面至关重要的技术,也成为当前海洋领域内研究的热点。基于光纤传感器相比较于传统电传感器的独特优势,本文从海防及民生安全、海底自然灾害预测、海洋能源有效勘探、海洋工程安全监控,及海洋环境在线监测等几个方面阐述适用于海洋环境的光纤传感技术原理、系统及特点,为光纤传感技术在海洋中的大力推广起到一个抛砖引玉的作用。     

岩溶塌陷的光纤传感监测试验研究

通过大型岩溶塌陷物理模型试验室,研究了BOTDR光纤传感技术在岩溶塌陷(或沉陷)监测中的应用.试验中模拟了岩溶水的开采导致塌陷的过程,并实时监测光纤的变形过程及所观测到的土层破坏情况,试验结束后,垂直开挖剖面,检验光纤监测结果的可靠性.结果显示:光纤的应变峰值与土层的扰动、掏空相对应,可判断塌陷发生的位置;由不同层位的光纤应变变化,可判断土层扰动带垂直方向的发展过程;由光纤时间序列的变化趋势,可判断土层扰动带水平方向的发展方向.研究成果表明,BOTDR光纤传感技术监测塌陷的发生是可行的,效果较好.     

分布式传感光纤与土体变形耦合性能测试方法研究

分布式光纤传感作为新兴技术已用于岩土体的变形监测,其中传感光纤与土体的变形耦合性能是重要的研究内容之一。文章设计了土条的三点弯曲试验,将传感光纤预埋在土条中,借助高空间分辨率OBR分布式光纤传感技术、激光位移传感器以及PIV摄影测量技术,对光纤与土体的变形耦合性能进行了分析讨论。结果表明:当土条变形较小时,土体与光纤耦合性能良好,传感光纤可以准确测量相应位置土体的应变分布情况;当变形较大时,传感光纤与土体将发生相对滑移,土体变形难以完全传递给传感光纤,光纤与土体的变形耦合性能随土体变形的增大逐渐降低。提出了采用应变传递系数表征纤-土的变形耦合性能。     

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。     

基于光栅传感的模型测量系统应用研究

模型试验作为解决复杂工程问题的一种有效手段已越来越受到重视。然而,与目前发展较快的模型试验系统和较为成熟的相似理论相比,测试技术相对滞后的问题依然存在。测量的精度与稳定性不能满足模型试验的需求。基于光纤/光栅传感技术的高精密性、稳定性和机光电一体的特性,结合模型试验的特殊测量要求,通过改进数据接收算法,研制了基于光学传感技术的模型位移/应变测量系统,包括光栅传感模型位移和光纤传感模型应变测试系统。该系统稳定、精度高、抗干扰,并能监测不连续位移。将该系统应用于注采气压变化条件下盐岩地下储气库变形特征地质力学模型试验中,测得了气压变化条件下围岩位移收敛和径向应变蠕变规律,测得在不同稳压阶段和不同注采气速率条件下围岩变形的不同特征。试验数据为合理确定盐岩储气库运营气压和注采气速率提供帮助,对盐岩储气库的安全稳定运营有重要意义。     

岩溶塌陷光纤传感试验装置的标定试验

根据岩溶土洞(塌陷)变形演化特点,分析土体与传感光纤之间的力学关系,简化塌陷力学模型,加工塌陷模拟试验装置并进行试验。首先通过对光纤加载和卸载来模拟土洞形成过程顶板荷载的变化及分析传感光纤相应的变形和轴向应变特点,然后研究了土洞规模变化对光纤传感监测的影响。研究表明:在土洞形成过程中,因土洞规模和上覆土层荷载不一而导致的应力场的分布变化,以及不同光缆对应力场变化响应灵敏性的差异,是影响分布式光纤传感技术在岩溶土洞中应用的关键因子。文中所标定的光纤传感试验装置能较好地显示岩溶土洞形成演化过程中的应变变化特征,说明分布式光纤传感技术可应用于岩溶土洞的监测预警。      

光纤传感技术在岩溶塌陷监测中的应用研究

通过对比分析岩溶塌陷监测技术的优缺点,结合前人工作经验,将BOTDR和FBG联合监测的方案应用于岩溶塌陷区岩土体变形监测中。通过对唐山陡河东岸岩溶塌陷点地质条件的分析,选取试验用纤、制定铺设方案,并对试验过程进行了详细的描述,探索了野外应用中温度补偿的方法,经过多次的数据采集及处理分析得出,光纤传感技术可实现岩土体变形的多点定位,可捕获岩土体变形趋势和实现对塌陷变形边界的描述。通过FBG和BOTDR联合监测应用,可以克服两种监测手段的缺陷,从而获得塌陷体的全部信息,具有非常好的应用前景。     

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。     

光纤传感技术在岩溶塌陷监测中的应用研究

通过对比分析岩溶塌陷监测技术的优缺点,结合前人工作经验,将BOTDR和FBG联合监测的方案应用于岩溶塌陷区岩土体变形监测中。通过对唐山陡河东岸岩溶塌陷点地质条件的分析,选取试验用纤、制定铺设方案,并对试验过程进行了详细的描述,探索了野外应用中温度补偿的方法,经过多次的数据采集及处理分析得出,光纤传感技术可实现岩土体变形的多点定位,可捕获岩土体变形趋势和实现对塌陷变形边界的描述。通过FBG和BOTDR联合监测应用,可以克服两种监测手段的缺陷,从而获得塌陷体的全部信息,具有非常好的应用前景。     

基于DOFS的水位变化下土质边坡模型稳定性试验研究

作为实现分布式监测技术(DOFS)的重要手段,光纤感测技术近年来得到了迅速的发展。这一技术在地质灾害和岩土工程监测领域有着巨大的应用潜力。本文基于布里渊光时域分析(BOTDA)和布喇格光栅(FBG)两种感测技术,设计了土质边坡稳定性分布式监测室内模型。通过模型试验,重点研究了水位变化作用下土质边坡内部应力分布以及边坡的破坏过程,根据FBG与BOTDA的应变数据,对土质边坡稳定性进行了评价,验证了BOTDA和FBG分布式光纤感测技术应用于土质边坡变形监测的可行性。研究成果对于光纤分布式感测技术的应用研发和在多场作用下的土质边坡稳定性分析具有重要的意义。     

地面变形分布式光纤监测模型试验研究

地面变形监测在防治地面塌陷、地面沉降和地裂缝等危害中有着极其重要的地位。本文采用气囊法对地面变形的发育过程展开了分布式光纤监测模型试验研究,详细介绍了分布式光纤监测的技术原理和试验方案,并对不同工况条件下分布式光纤监测结果进行了对比研究。研究结果表明:分布式光纤监测技术能够有效地捕捉不同条件下土体的变形情况,其马鞍型应变分布曲线能够清晰地定位底部拱形的形成区域以及地面变形可能发育的位置,该技术可应用于地面变形发育过程中土体的变形监测。     

分布式光纤感测技术在古建筑监测中的应用研究

本文介绍了分布式光纤传感技术的优势和特点,根据中国古建筑的分类及监测要求,提出了分布式光纤技术对古建筑的监测方案,包括感测光缆的选择、布设方案、安设工艺等,并以某古建筑监测为例,介绍了分布式光纤传感技术的实际应用,进一步证明了该技术应用在古建筑监测和健康诊断中的可行性和有效性。     

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。     

分布式光纤监测在阜阳地面沉降监测中的应用

分布式光纤监测是利用光纤作为传感介质,采用先进的OTDR技术,探测出沿光纤不同位置土层的应变情况,实现真正分布式测量。阜阳地面沉降是由于过量抽汲阜阳城区地下水引起水位下降,在正常固结和超固结[1]土层分布区,由土层固结压密而造成的大面积地面下沉现象。省地质测绘院、阜阳市测绘院、安徽省地质调查研究院在该区域进行大量的高程测量工作,仅查明了地面沉降范围及垂直沉降量,但对地面沉降的形成机理,各压缩层的变化量缺少统一认识。采用分布式光纤监测技术能准确测出各压缩层的变化关系,为阜阳地面沉降防治研究提供科学依据。     

基于正交试验法的粗粒土模糊集塑性硬化模型参数的敏感性分析

基于正交试验法, 本文对粗粒土模糊集塑性硬化模型的8个关键模型参数进行敏感性分析。采用美国CASE试验数据库中的试验数据, 以seid sand为例, 通过大量计算, 采用数理统计的相关理论, 获取参数的期望和方差, 经过比较, 对模型的关键参数进行敏感性排序。计算结果表明, 该研究方法可为模糊集塑性硬化模型参数的选取提供必要的参考, 同时也可应用于该模型的二次开发, 以减少其参数反演分析和筛选的工作量。     

动力模型试验模型土配制初探

动力模型试验已经广泛应用于土与结构相互作用的研究中,其中模型土的配制尤为重要。根据所选土样的基本物理力学性质,制作了不同干密度、含水率的环刀试样,通过直接剪切试验,得到了不同试样的初始剪切模量。在试验的基础上,探讨了初始剪切模量与试样干密度、含水率之间的关系。基于动力模型试验的相似关系得到了模型土配制的基本要求,结合探讨结果分析了不添加其他材料的模型土配制,得到定性的模型土配制方法,结果可为以后类似试验的模型土配制提供参考。     

一种简易的边坡动力响应物理模型试验方法及其应用

为研究边坡在动力荷载作用下的响应问题,设计了一种简易的物理模型试验方法。依托汶川地震中形成的罐滩滑坡结构特征,基于相似理论,搭建了室内斜坡物理模型,以重球自由下落撞击钢板的方式加载,详细介绍了试验过程并探讨了下伏软层反倾岩质斜坡在不同输入波频率、振幅和入射方向情况下的响应情况。试验结果表明：边坡模型对入射波具有临空放大和垂直放大的作用,且趋表效应显著;入射波频率和入射方向影响加速度放大系数的数值及分布规律、入射波的振幅与加速度放大系数呈正相关。试验结果证明了该模型试验方法能较好的反映出边坡模型在动力作用下的响应规律,且具有参数可调、操作简单、经济便捷的特点。     

基于三轴试验确定邓肯-张模型参数的一种数据处理方法

邓肯-张非线性模型已经被广泛的应用与工程实践的应力-应变数值模拟分析中。邓肯-张模型具体有K、n、Rf、c、等材料参数。本文基于杭州湾地区海相软土多组土样的三轴剪切试验数据,来确定邓肯-张模型参数。发现一些参数的离散性太大,这使得参数的数值选取比较困难,进而会影响模型在工程实践中的应用,而究其原因主要破坏比Rf的取值变化引起的。这里提出了一种针对邓肯-张模型参数离散性较大的数据处理方法,即假定破坏破坏比Rf为一定值,进而来求取其他离散性较大的参数。这种数据处理方法既可以简化模型计算,又可以提高模型计算的效率和精确度。