堤防多参量分布式光纤监测研究

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堤防工程是保障堤岸沿线人民生命财产安全的重要防线,同时在多方面发挥着巨大的社会经济效益。因此,对堤防工程进行有效的监测和评价对于防灾减灾具有重要意义。堤防工程是一种长距离的线性工程,穿越多种地理单元,其沿线地质条件复杂,诱发堤防失稳的因素多,因此,需要对堤防工程进行多角度、全方位的监测,才能对堤防稳定性作出可靠评价。现有的常规监测方法难以满足堤防工程所需的分布式、长距离、自动化监测需求。论文采用了多种分布式光纤感测技术,提出了河道侵蚀和堤防渗流监测的方法,并通过室内外试验进行了验证;建立了一套基于密集分布式光纤感测技术的堤防多参量光纤监测系统,并在江苏指南村堤防得到了应用。论文的主要成果总结如下:(1)在广泛阅读国内外相关文献的基础上,总结了堤防安全监测技术的研究现状,介绍了不同监测方法的优劣及适用场景。分析了堤防失稳的破坏类型及致灾机理,确定了监测要素,并指出了堤防安全监测中的关键问题。对比论述了光纤感测技术相较于常规监测技术难以替代的优越性。(2)基于分布式光纤温度感测技术(DTS)和密集分布式光纤感测技术(UWFBG),研发和选取了堤防安全监测中的光纤传感器,并以此为基础研发了一套堤防多参量光纤监测系统。(3)提出了一种基于DTS的河道淤积及侵蚀监测方法,并通过室内外试验验证了该方法的可行性,同时根据应用场景的不同给出了两种监测方式。该方法相较于传统的声波测距技术,具有低成本、响应快、时效性好、可实时监测的优点。(4)开展了基于UWFBG测温技术的渗流监测可行性试验,研究了不同加热功率下渗流速度与温度特征值之间的关系,试验结果表明,流速越大温度特征值越低,两者呈负相关,并通过曲线拟合的方式得到渗流速度与温度特征值Δ之间为二次函数关系,验证了UWFBG测温技术应用于渗流监测的可行性。(5)在江苏指南村搭建了一套基于密集分布式光纤感测技术的堤防多参量光纤监测系统,并通过分析监测数据验证了该监测系统的适用性和可靠性。
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