基于BOTDA的砂土地基预应力管桩抗拔静载试验研究

针对砂土地基抗拔桩受力性能与荷载传递机理研究不足问题,将布里渊光时域分析(BOTDA)光纤传感技术应用于长江下游地区厚层砂土地基预应力管桩原位抗拔静载试验研究,采用特殊设计的桩身刻槽钻孔、光纤粘贴保护、接桩过程连续植纤等技术工艺,实现了预应力管桩在拉拔过程中桩身受力变形状态的分布式测量与数据精确定位。研究结果表明:在上拔荷载作用下,试验桩桩身轴力沿桩身方向逐渐减小;桩侧摩阻力在下桩发挥效果较好,上桩侧摩阻力较小,全桩长侧摩阻力最大值在桩底;抗拔桩随上拔荷载的增加,轴力逐渐向下传递,向下传递的轴力主要由预制管桩侧摩阻力承担;分布式光纤应变传感技术能较好地监测预应力管桩桩身贯入施工因素对抗拔承载特性的影响。研究结果可在其他类型抗拔桩受力特性监测项目中推广应用。

基于高空间分辨率BOTDA的土体沉降监测研究

地面沉降因其不易被察觉、成灾后果严重,一直都是当今危害较大的一种地质灾害问题.为了能够对地面沉降灾害做出有效预防,地面发生沉降时对土体进行位移监测尤为重要.分布式光纤传感技术因其可实现高灵敏度的分布式监测而成为获取土体沉降位移信息的手段之一.在充分考虑直埋式应变传感光纤和周围土体沉降协调的基础上,运用厘米级高空间分辨率布里渊光时域分析(Brillouin optical time domain analysis,BOTDA)技术测量土体发生沉降时实验段光纤的应变分布,根据应变-位移计算模型将应变测值转换成位移信息,从而实现对土体沉降位移的测量,并与土体实际沉降位移进行了对比分析.实验结果表明,在光纤与土体耦合良好的阶段,沉降位移的实验测量结果与土体实际沉降位移之间符合较好;在光纤上布设地锚可以提高光纤与土体的耦合性能,进而获得更好的沉降监测效果;实验得到的纤-土沉降耦合变形程度划分标准可以用于定量评价沉降过程中光纤与土体的耦合程度.

基于BOTDA光纤传感技术的SMW工法桩分布式测量研究

利用BOTDA分布式光纤传感技术,将普通H型钢改造成为具有自感知能力的桩体,使之能够在基坑开挖过程中自动获取H型钢翼缘应变、桩身弯矩、挠度等受力变形数据;通过对H型钢受力结构的分析,提出了不需要确定中性面位置的桩身弯矩连续计算方法,实现了桩身测量的温度自补偿。该技术在某基坑工程中的成功应用表明,它具有良好的现场适应性,可以对基坑安全进行远程实时监测,并具有分布式测量、温度自补偿等优点,可作为一种新型的基坑围护结构加以推广应用。

基于BOTDA的地下连续墙分布式变形监测技术研究

介绍了一种利用BOTDA分布式光纤传感技术,监测地下连续墙在基坑开挖过程中受力变形过程的方法。通过在地下连续墙钢筋和H型钢上布设分布式光纤传感器,使之能够在基坑开挖过程中自动获取桩身的应变、弯矩、挠度等数据;采用双线的测量方法,具有温度自补偿的能力。

基于BOTDA的钢桥面铺装裂缝疲劳扩展研究

采用分布式光纤传感技术BOTDA研究钢桥面环氧沥青混凝土铺装层裂缝的疲劳扩展规律。通过由铺装层和钢板组成的带切口复合梁的室内三点弯曲疲劳试验,采用BOTDA监测铺装层裂缝疲劳扩展过程,得到铺装层启裂、裂缝扩展直至破坏的各级疲劳荷载作用次数以及埋设于各层的光纤应变值,给出以光纤应变ε为变量的铺装层裂缝扩展模型公式和铺装层裂缝的疲劳扩展规律,本研究成果为钢桥面环氧沥青混凝土铺装层的抗裂设计和抗疲劳设计提供理论基础。

基于BOTDA光纤传感技术的盾构隧道变形感知方法

盾构隧道横断面收敛变形是评价隧道结构性态的重要指标。由预制管片拼装而成的盾构隧道,接头刚度显著低于管片刚度,因此,其横断面变形主要集中在接头张开及管片转动部位。针对盾构隧道横断面变形特点,提出考虑分布式光纤传感技术空间分辨率的点式固定方法,测量相邻管片接头两侧的相对位移。运用几何学原理,对管片接头张开、管片转动及隧道变形进行分析。通过2组不同轴力下的盾构隧道接头室内原型试验验证该方法,结果表明该方法可以有效感知盾构隧道横断面变形。采用该方法长距离布设光纤,可形成盾构隧道变形感知神经网络,提高监测密度,实现长距离、高密度、高精度、低成本的盾构隧道变形健康监测,从而保证地铁隧道的运营安全。

FBG-BOTDA联合感测管桩击入土层模型试验研究

管桩施工过程中常出现桩身裂缝、爆桩等病害。将具有实时动态监测功能的布拉格光纤光栅(FBG)准分布式光纤传感监测技术和具有分布式监测功能的布里渊散射光时域分析技术(BOTDA)联合应用到管桩打入过程中的监测,提出了分布式光纤传感技术数据处理方法,设计了管桩打入过程的模型试验。试验结果表明,FBG传感技术能够较好地动态监测打入过程中桩身应变变化特征,反映桩身不同部位随不同深度应变变化规律;BOTDA分布式光纤传感技术能够较好地监测管桩在打入过程中暂停(接管)状态下桩身应变变化特征;根据应变变化分析管桩受偏心荷载程度,分析管桩是否出现裂缝、破坏等病害,研究管桩打入过程中桩土作用规律。试验结果还表明,FBG联合BOTDA光纤监测技术在管桩打入过程中监测管桩质量具有广阔的技术优势和应用前景。

BOTDA在沥青混凝土铺装层裂缝监测中的应用

为了研究分布式光纤传感技术BOTDA在沥青混凝土铺装层裂缝监测中的应用可行性,进行了相关的室内以及现场试验.对埋设于环氧沥青试件中的光纤在车辆荷载和极限温度下的工作性能进行了研究;采用BOTDA对铺装层裂缝监测进行了室内模拟;在此基础上,将BOTDA应用到现场沥青路面的铺装层中,进行路面的温度、残余变形及裂缝监测.研究结果表明,埋设在铺装层内的光纤能够满足实际沥青铺装监测中的抗压性能要求和温度变化要求,紧套光纤比裸光纤更能适用于实际铺面的裂缝监测,并且将BOTDA应用到沥青铺装层裂缝监测中具有很高的精度和稳定性.

基于BOTDA的温度和应变测试探讨

基于布里渊散射的分布式光纤传感系统同时具有远距离测量和高精度测量的特点,因此在土木工程监测领域中的运用越来越广泛。根据光纤布里渊频移与光纤应变、温度之间的关系,可以确定光纤各小区间上能量转移达到最大时的频率差,从而得到温度和应变信息,实现分布式测量。基于BOTDA的分布式光纤测量系统可以同时测量温度和应变,大大提高了光纤测量的效率。研究发现,在温度测试中光纤的保护层厚度制约了光纤测温的精度,对光纤保护层改进可以提高测温的准确性。在应变测试中,基于BOTDA的分布式光纤测量系统对应变测试可以很简便地进行温度补偿,简化了传统应变片测量中的温度补偿,提高了应变测量的准确性,具有很高的性价比。

基于BOTDA光纤传感技术的螺旋挤土灌注桩承载特性现场试验

为了研究螺旋挤土灌注桩(SDS桩)的荷载传递规律及承载特性,将基于布里渊光时域分析(BOTDA)原理的光纤传感技术用于螺旋挤土灌注桩桩基检测,在某工地进行现场试验,测得试桩加载过程中的桩身应变,进而得出桩身轴力、桩侧摩阻力及桩端阻力,并与同一场地内长螺旋灌注桩(CFA桩)的测试结果进行对比分析。研究结果表明:分布式光纤测量可以方便地获取桩体的荷载传递规律;同一桩顶荷载等级下,SDS桩桩端阻力比CFA桩的小,达到极限荷载时,桩端阻力约占总荷载的8%,设计时SDS桩可按摩擦桩或端承摩擦桩考虑;相同桩体参数和地层条件下,与CFA桩相比,SDS桩的极限承载力提高了约67%,相同桩顶荷载作用下,桩体沉降也比CFA桩的小;SDS桩成桩过程中通过桩周土体的物理挤密和应力状态的改变促进了侧摩阻力的大幅提高,从而承载力得到显著提升。

基于BOTDA的土工格栅加筋膨胀土湿胀干缩特性试验

为了研究土工格栅加筋膨胀土湿胀干缩特性,制作了玄武岩纤维土工格栅加筋膨胀土和素膨胀土矩形槽试样,将传感光纤布设在土工格栅上和土层中,进行了湿胀干缩试验,利用布里渊光时域分析仪(BOTDA),得到素膨胀土和土工格栅加筋膨胀土试样在湿胀干缩过程中的光栅应变,对比分析两种土样应变分布特征。试验结果表明:在膨胀土湿胀干缩过程中,随着含水率的变化,加筋膨胀土平均应变变化量和变形小于未加筋膨胀土,反映了土工格栅对膨胀土体变形的约束作用和抑制裂隙发展的效果。

基于BOTDA的分布式光纤温度传感测量实验研究

为了进一步提高布里渊光时域分析(BOTDA)的测温精度,基于BOTDA的原理,构建了温度传感测量系统。测温实验发现,测温光纤的保护层厚度影响了其测温的精度;裸纤直接测温的精度较高,但也易受外界影响,且易断,故改进光纤的保护层可以提高其测温精度。提出一种将导热硅脂涂敷在光纤上进行测温试验的方法,提高了温度测量的准确性。

BOTDA光纤传感技术在电力电缆测温中的应用探讨

分析并比较了现有电力电缆温度监测技术,针对现有技术存在的问题提出了利用BOTDA技术对电力电缆进行温度监测的方法。简单介绍了BOTDA传感原理,设计了基于BOTDA技术的电力电缆温度在线监测系统和变电站间电力电缆测温方案。探讨了传感光缆的布放和电力电缆在线测温系统的组网方式。

基于BOTDA的ADSS光缆监测技术研究

分析了ADSS光缆的常见故障,针对传统的ADSS光缆监测方法存在测量距离短、精度低、难以实现在线监测等问题,提出了利用BOTDA技术对ADSS光缆进行在线监测的方法,设计了基于BOTDA的ADSS光缆监测系统,探讨了基于电力通信网的ADSS光缆监测网的组网方案。

基于BOTDA的分布式光纤传感技术研究进展

文章阐述了布里渊光时域分析(BOTDA)的原理以及布里渊频移与温度和应变的关系,对目前国内外的研究现状,从研究方法、温度、应变和空间分辨率及测量动态范围等方面进行了详细介绍。分析了国外现有的基于BOTDA技术的商用化产品及具体指标,以及BOTDA技术存在的主要问题。最后给出了基于BOTDA技术的光纤传感技术的应用领域和发展趋势。

基于BOTDA的光纤传感技术在边坡变形监测中的应用研究

BOTDA光纤传感技术在温度、应变测量上具有优于其他传感技术的测量精度、测量范围和空间分辨率。为了使该技术能成功地应用于地质灾害监测,本文一方面借助光纤传感技术应用研究基础探讨了该技术应用于边坡变形监测的若干技术问题,另一方面结合实际边坡变形监测工程,通过监测系统建设、监测效果分析和数据对比初步研究和证明了该技术在边坡变形监测中的可行性和有效性,同时对采用该技术在边坡变形监测过程中出现的问题进行了分析并提出了相应的解决方法。

基于FBG-BOTDA联合感测的岩层运动试验研究

为研究采场上覆岩层运动过程中的应力应变,将准分布式布拉格光纤光栅技术(FBG)和基于脉冲预泵浦布里渊光时域分析的分布式光纤传感技术(PPP-BOTDA)联合应用于相似材料模型试验的测试中。在2 m平面应力模型内埋设2根分布式传感光纤和2个光纤光栅应变传感器,模型尺寸2 000 mm×180 mm×1 700 mm,几何相似比1∶250,测试主关键层由弯曲下沉发育至断裂的变形运动过程。试果表明,2煤开采过程中分布式传感光纤应变曲线体现了岩层的连续变形下沉,曲线中间位置出现应力集中;3煤开采过程中分布式传感光纤应变曲线体现了发生断裂的岩层运动,断裂后的岩层应力得到释放;连续变形下沉的岩层FBG传感器应变曲线呈宽缓峰状,应变值达到4 367.48με;断裂的岩层曲线呈尖峰状,最大应变值达到4 892.82με.实现了模型试验中主关键层由连续体转变为半连续体过程的实时监测。

基于拉曼放大和半导体光放大的BOTDA

从理论上分析了基于拉曼放大的布里渊光时域分析系统(BOTDA),通过建立与拉曼放大有关的泵浦光和信号光的耦合方程,对信号光波形进行了数值仿真。仿真结果表明,双端拉曼放大技术可有效地补偿传感信号的传输损耗,提高系统测量精度。搭建了基于拉曼放大和半导体光放大(SOA)相结合的BOTDA分布式光纤传感系统,实验结果与仿真结果吻合较好,针对49.6 km的传感距离,空间分辨率达到40 m,温度分辨率1℃。

PPP-BOTDA分布式光纤传感技术在水工结构物健康监测中的可行性探讨

基于脉冲预泵浦(pulse-prepump,PPP)布里渊光时域分析的PPP-BOTDA分布式光纤传感技术,作为新近发展起来的一种监测手段,在空间分辨率和精度方面具有明显优势。针对水工结构物健康监测的领域特点,通过多组试验,分析了PPPBOTDA分布式光纤传感技术的平均化次数、重复性、扫频范围、扫频步长、监测时间、长短距离空间定位精度、空间分辨率和采样间隔等各项性能指标,在此基础上,进行了基于该技术的水工结构物温度和应变监测试验,验证了该技术在水工结构物健康监测中的感知性能和可行性。

一种基于BOTDA的分布式输油管线泄露检测技术

根据输油管线小规模、高精度泄漏检测要求,设计了一种以原油敏感材料为基底的应变传感光缆,并建立了布里渊频移对光缆局部应变的响应模型,用于发现并定位漏油事件。通过组建的模拟实验系统,利用BOTDA对漏油导致的布里渊频移进行分布式检测,在15mi n内准确定位了小规模漏油,并且在1.714km的长度上实现了1m的空间分辨率和0.1m的定位误差。