岩土渗水裂缝的光纤BOTDA分布式传感监测开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

渗流是指水在土壤孔隙中的运动,在岩土工程中,渗流是目前面临的重要的工程问题。水在岩土中的渗流,将产生渗流体积力,和岩土相互作用将改变原有的应力状态,而裂缝的存在,将极大降低岩土介质的承载能力,在岩土内渗透压力的传导是导致裂缝进一步扩展的主要因素。在水下隧道的挖掘,以及地下煤矿的开采等作业中,屡次发生坍塌以及突水事故,造成大量人员伤亡以及经济损失。如何保障工程的安全已经成为了目前研究的热点,因此,研究岩土裂缝内渗透水压的分布与传导规律对于预防事故的发生具有十分重要的意义。

目前对于该领域已有不少的研究,如安装多个渗压计来测量各处的压力值来探究渗流的演变规律[1]、对渗水以及演化规律进行物理模拟[2~3],或采用电量传感器等微型检测元件来测量数据[4]。然而,传统的方法存在精度低、测试点有限、无法实时探测等问题。而且电量传感器容易受到环境影响,比如怕水、易受电磁干扰等,测量具有很大的局限性,且精度与可靠性都不能满足实际需求。

光纤传感器结构紧凑,具有体积小、重量轻、可实时在线监测、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点,可取代电传感器用于大型工程与复杂环境的安全监测。国外一些水利工程早已有应用光纤传感器实现对水坝渗流的测量。在国内,光纤传感器得到了高度的重视,在渗流领域也得到研究与应用。冯现大等基于光纤布格拉光栅技术研制的新型渗压传感器等传感器,成功地实现了对于应力和渗压多场信息的实时监控[4]。也有研究人员运用干涉型光纤传感器对水坝进行自动化监测[5],其测量可保持长期可靠性,受恶劣环境影响较小,可满足实际应用的要求。然而,光纤光栅传感器以及干涉传感器等需要布置在多个位置上,只能通过多个光纤传感器多路复用形成准分布式的传感系统,不能实现完全的分布监测。

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