浅析岩土与地质工程中分布式光纤传感技术,地质工程论文

浅析岩土与地质工程中分布式光纤传感技术,地质工程论文内容摘要：分布式光纤传感是光纤传感研究领域的热门课题。在建筑构造、岩土和地质工程的监测方面,分布式光纤传感技术具有显著优势,尤其是在岩石和地质工程监测方面,它远比传统的电阻以及电感和振弦式传感器等工程监测技术愈加强大。文章在实践基础上,对最近几年国内外分布式光纤传感技术在混凝土构造健康、桩基工程、边坡防护等方面的实践和研究成果进行了梳理和总结,就其在岩土和地质工程领域的应用和发展前景做出了预测。本文关键词语：分布式光纤传感;岩土地质;监测;Abstract：Distributedopticalfibersensingisahottopicinthefieldofopticalfibersensing.Thedistributedopticalfibersensingtechnologyhassignificantadvantagesinthemonitoringofconstruction,rockandgeologicalengineering,especiallyinthemonitoringofrockandgeologicalengineering,whichisfarmorepowerfulthanthetraditionalengineeringmonitoringtechniquesinresistance,inductanceandvibratingwiresensor.Onthebasisofpractice,thepaperreviewsandsummarizesthepracticeandresearchachievementsofdistributedopticalfibersensingtechnologyinthefieldsofconcretestructurehealth,pilefoundationengineeringandslopeprotectioninrecentyears,andforecastsitsapplicationanddevelopmentprospectsinthefieldofgeotechnicalandgeologicalengineering.Keyword：distributedopticalfibersensing;geotechnicalgeology;monitoring;近年来,光纤传感技术发展较为迅速,遭到人们广泛关注,一步步成为继光纤通信产业之后发展起来的又一大光纤应用技术产业,华而不实分布式光纤传感技术是国内外当下研究的热门问题之一[1]。分布式光纤传感测量原理是利用一维光纤空间的连续测量技术。华而不实,光纤作为感应元件和传递元件,可用于沿光纤长度方向测量光纤的参数,并获得测量空间构成和随时间改变的信息。分布式光纤传感技术已广泛应用于基于光纤拉曼散射或布里渊散射和频域反射(R/B-OTDR/OFDR)、基于光纤瑞利散射的偏振光、反射技术(P-OTDR)的光时域反射领域,以及远距离光干预技术、准分布式光纤布拉格光栅的重复应用技术等。最近几年,随着我们国家国民经济长足发展,大量资金被投资到公路建设、铁路建设、隧道建设等基础工程设施中。为了保证工程安全,开展对工程本身健康评价以及对其安全监控量测是非常必要的。当前的多数情况是我们都会对建筑设施(包括大型工程)进行监测和测量。有时使用传统的监测和测量方式方法,如电感器或振动弦,但传感器主要依靠电磁感应或振动,由金属制成。这就可能受影响,假如岩土质量相对较差,有水分,则会生锈、耐久性差、接触不良、导电性差。低存活率的缺陷导致很多自动监测测量不能完成。传统上,在均匀性布局中,上述方式方法有时被用来解决问题,但有时会丢失一些东西。随着工程建设的需要,工程建设中安全监测的发展遭到了控制。在岩土工程和地质经过中,二十世纪下半叶提出的分布式光纤传感技术得以应用,它能够在一个相对较新的项目中开发来监测其安全性。与传统的监测技术和方式方法相比,光纤不仅仅是一种传感介质,而且是一种通信信道,能够在空间中连续测量。当光纤技术与被检测物体接触,被测物体变化时,它能够同时获得整个光纤变化或温度的平面分布图。假如网格被布置,则能够获得各种变形和温度信息数据。它更有利于分析构造在力和形状上的变化,具有灵敏度高、抗磁场强度强、绝缘性好、长期使用好等优点。由于分布式光纤传感监测技术的众多优点,利用岩土工程地质安全监测是非常有利的,这就引起了工程界众多学者的关注。1分布式光纤传感技术的概述光纤传感这种技术,主要是通过测量光纤传输光中一些如强度的、相位相关的参数变化,来实现对环境参数的测量。分布式光纤传感技术是光纤传感技术最具前景的技术之一,主要是由于它具有可重复使用和传输距离较远等特点,另外这也是光纤传感、监测这种技术的发展趋势。华而不实,光纤布拉格和光栅传感技术,这两种分布式光纤传感技术(brillouinoptictimedomainreflectometry,BOTDR)是最具有前沿性的[2]。在岩土工程和地质工程中,分布式光纤传感技术在华而不实起着较为重要的作用,是一种全新的工程安全监测技术,在检测工作中要用到相关的光纤变形监测系统,以及相关的光波干预测量基础原理。这种技术能够对建筑构造的变形进行详细分析,且应用光纤技术防护对相关的管道进行保卫。这样就能够对构造工程中的温度变化监测分析,且实现一定的控制目的。分布式光纤传感技术有很高的应用价值,其工作经过中主要通过传播介质的形式,来检测空间信息,根据所得结果而制定相对应的数据分布图。这种传感器的特征表现为灵敏度较高、导电性能差和有很高的抗干扰能力,在地质工程的监测经过中有很高的应用价值。2分布式光纤传感器在岩土与地质工程监测中应用2.1混凝土构造监测根据土木工程的相关知识,钢筋混凝土的性能和岩土工程的质量存在明显的关系,其对整个工程的安全稳定也会产生一定的影响。当混凝土构造情况变化时,对应的建筑工程质量会出现同样的变化,能够通过分布式光纤传感技术对这种构造检测进行分析,根据所得结论确定出混凝土构造的缺乏,然后进行适当的改良和维护,知足工程施工的相关要求。在这里经过中,假如钢筋锈蚀,则能够通过技术的检测分析,为实现相关的监测工程质量目的打下良好的基础。在施工现场环境不知足要求的情况下,能够通过这种技术为健康监测提供可靠的支持,且根据所得结果制定相应的保障方案,对相关岩土工程和地质工程进行科学规范的检测。前期,有学者进行了水电站的地质平峒裂缝监测,发现通过光纤的组合能够实现多量程、高精度的观测,为将分布式光纤应用于混凝土构造裂缝监测提供了难得珍贵的经历体验[3]。通过这一技术,明确相关的缺陷,提出愈加有效的解决方案,确保岩土工程和地质工程监测工作正常有序进行下去,确保了项目质量。2.2边坡监测地质灾祸监测是一项复杂的工作,其和地质、测量、几何等密切相关,在检测经过中应用集合了这些技术的检测系统。这一技术是在二十世纪下半叶才开场发展起来的。分布式光纤传感技术是工程测量领域中的一项高新技术,光纤传感器以光为信息的载体,能够很好地知足相关的检测要求,具有稳定性高、耐久性好、敏感性较高、反响快、质量小等特点。我们国家很早就开场应用分布式光纤传感技术,主要使用于滑坡方面的监测,效果比拟明显。通过对光纤传感在滑坡的监测中进行使用,积累的经历体验还有技术方式方法以及监测方式方法的研究,为工程质量打下良好的基础。构造工程中边坡工程质量和附近的建筑质量明显相关,其对周围高速公路等区域的安全也会产生一定的影响。假如边坡监测工作的质量达不到要求,则可能导致出现滑坡、泥石流等相关问题,产生一定的危害,这就要求在施工经过中要进行岩土工程地质监测,且要应用到各种检测设备,如将分布式光纤埋设到工程建筑中进行监测,然后根据所得的结果分析判定,制定有效的解决办法,为工程的质量和安全性打下良好的基础。另外,在开展这方面的安全监测工作时,应该进行全方面的分析和判定,且在充分考虑到周边土质因素的基础上,进行一定的排序处理,确定其影响大小。综合不同因素,制定出不同的监测方案,且进行一定的优化改良,更好地知足应用要求。只要这样,监测工作和基础设计工作等密切的结合起来,才能够更好地发挥协同作用,为工程目的实现提供支持。假如岩土工程相关的检测结果很准确且精度高,则能够发挥出积极的应用价值。而施工经过中应该对施工现场进行监测和设计,同时根据要求进行一定的判定分析,采取适当的措施,为保卫工作提供一定的支持和帮助。如在北川县西山坡滑坡群监测和香港新界鹿径道公路边坡监测中运用光纤传感技术,分析了部分光纤监测成果,总结了光纤监测技术在边坡现场应用的经历体验[4]。2.3钻孔灌注桩监测钻孔灌注桩是很多桩基类型中的一种,桩基的好坏直接关系上部构筑物的稳定与安全。钻孔灌注桩由于在地下,属于隐蔽工程,工序比拟多样,在地质条件复杂且难判定情况下,其质量控制难度比拟大,稍有疏忽,容易出现桩体收缩、膨胀、淤泥、断桩、矿渣相对厚度不平衡和钢笼脱位等质量缺陷,影响桩的完好性和T桩的承载力。因而,钻孔灌注桩质量检测与评价是桩基工程中非常必要的工作,也是一项技术难度较大的中间环节[5]。当前,钻孔灌注桩基础常用的检测技术有桩基静载试验、桩基动力法监测和超声波检测[6]。静载试验的方式方法是当下确定钻孔灌注桩还有单桩竖向抵抗的抗压力最常用的技术方式方法。在静载荷试验经过中,测量了桩在各级荷载作用下的应变效应,了解了桩的承载机理,并在桩中埋设了各种钢制应力计、应变仪等传感器元件。然而,传统的点式传感器具有下面缺点:埋藏的比拟少时,容易检测不全;埋设时间过长时,会对桩的承载力造成不良影响。另外,传动感应器与传导线的结合容易造成检测点的缺乏和成活率不高,便不能发挥良好的作用。如采用桩基动力测量和超声波检测作为间接测试方式方法,这两种方式方法检测动态成分高,易受外界环境干扰,静载荷试验的测试精度难以到达。而布里渊光时域反射计(BOTDR)是一种全面布置的检测系统,比拟先进,具有全面布置功能,还能够在一端检测,没有闭合,相距较远,耐用性较好,抗外部影响,跟被测量物很好配合等优点,能够把点式检测技术存在的缺乏进行改良,已成为一些全球走在前面的国家争相研究的一项前沿攻关技术[7]。3结论随着科学技术的不断向前发展,国内外很多专业技术人员已经进入这一领域,对分布式光纤传感技术在岩土工程和地质工程中的研究有了初步探寻求索。通过对岩土工程、地质领域进行的大量研究,发现这一技术的实际应用具备了很大的发展空间,十分是在岩土工程安全监测和评价的经过中,突出具体表现出了应用的广度和深度。但是,以下问题需要进一步深切进入研究:一是对光纤监控量测数据的后处理方式方法研究,对异常的数据产生原因分析;二是分布式传感技术的关键器件还有集成以及工程监测和诊断等。希望以上两个问题成为将来光纤传感技术研究的重点,并加以解决。以下为参考文献[1]刘铁根,于哲,江俊峰,等.分立式与分布式光纤传感关键技术研究进展[J].物理学报,2021,66(07):48-64.[2]杜柯.岩土与地质工程中分布式光纤传感技术研究进展[J].世界有色金属,2021,(01):66-68.[3]殷建华,崔鹏,裴华富,等.基于光纤传感技术的边坡监测系统的应用[J].兰州大学学报(自然科学版),2018,(47)(增刊1):290-292.[4]陈池,柯贤金,蔡