基于框架梁耦合的分布式光纤传感高边坡监测研究

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近年来我国的道路建设处于快速增长阶段,因此针对大型土木工程的安全监测就显得十分重要。由于分布式光纤传感技术具有全尺度连续性监测的独特优势,在地质监测领域中有极大的应用潜力。本文重点介绍了分布式光纤传感技术在边坡工程监测中的应用研究,并指出了目前在分布式光纤传感监测工程中存在的局限性:一方面,由于布里渊效应本身的局限性,基于BOTDR系统的空间分辨率和实际应变难以匹配,容易造成应变监测精度低的问题,且在实际应用中,边坡上的变形或开裂可能发生在很短的距离上,这不但需要较高的空间分辨率来监测应变,同时会产生非常大的局部应变,从而容易拉断与边坡结构紧密连接的光缆;另一方面,目前应用光纤传感的边坡自动化监测系统的开发都是基于单参量的分析,多用于光纤光栅的点式传感器或者基于布里渊效应的分布式传感技术来进行应变参量的反演,对边坡的振动监测却有所忽视。振动事件可能会造成边坡的动力失稳,振动的叠加效应可能会对岩土结构造成意想不到的破坏。因此,本文在此基础上做了如下工作:(1)为了适应边坡监测,本文开发了基于布里渊效应的分布式光纤传感器结构。通过管子和滑轮构成具有保护作用的往返式结构,在短距离上增加了传感光纤的长度,不仅极大地扩展了光缆对局部变形的耐受度,同时也提高了应变监测精度,将原本BOTDR系统的空间分辨率从米量级提高至小于1米的程度。在实验室设计了对比校准实验,验证了其在空间分辨率为1米时的性能。并在人工浅层边坡上进行了现场监测实验,验证了其对滑坡监测的有效性。此外,由于光缆在改良装置的保护下不与外界接触,光缆的存活率显著提高。并且在实际工程案例中也充分说明这种结构还是存在巨大优势的。(2)开展实地工程监测项目,同时监测边坡表面应变、边坡深度应变和边坡震动,再利用基于C/S架构的边坡振动监测系统,根据振动信号的特征,设置合适的阈值条件,并提供实时的报警信息,在第一时间监测边坡的各类振动事件。本文在高边坡监测项目中提出了一种双参量的分布式光纤传感监测技术方案,将振动监测融入到边坡监测中来。并专门针对BOTDR设计了一种管状光纤传感器结构,提高了系统的测量精度和光缆的存活率,为后续的研究提供一定的参考。
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