地質(zhì)與巖土工程分布式光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)

序

前言

符號(hào)表

第一章 緒論 1 

1.1 地質(zhì)與巖土工程監(jiān)測(cè) 1 

1.2 地質(zhì)體的特點(diǎn)與監(jiān)測(cè)要求 2 

1.3 常規(guī)監(jiān)測(cè)技術(shù)及其不足 3 

1.4 分布式光纖感測(cè)技術(shù) 5 

1.5 土木工程光纖監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀 7 

1.6 地質(zhì)與巖土工程光纖監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀 8 

1.7 本專(zhuān)著的主要內(nèi)容 10

第二章 分布式光纖感測(cè)技術(shù) 12 

2.1 光纖與光纜 12 

2.2 光纖感測(cè)技術(shù)的工作原理 13 

2.3 光纖感測(cè)技術(shù)的分類(lèi) 14 

2.3.1 點(diǎn)式光纖感測(cè)技術(shù) 15 

2.3.2 準(zhǔn)分布式光纖感測(cè)技術(shù) 15 

2.3.3 全分布式光纖感測(cè)技術(shù) 17 

2.4 幾種常用的分布式光纖感測(cè)技術(shù) 17 

2.4.1 基于布拉格光柵的準(zhǔn)分布式光纖感測(cè)技術(shù) 18 

2.4.2 基于瑞利散射的全分布式光纖感測(cè)技術(shù) 23 

2.4.3 基于拉曼散射的全分布式光纖感測(cè)技術(shù) 26 

2.4.4 基于布里淵散射的全分布式光纖感測(cè)技術(shù) 27 

2.5 常用光纖感測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)分析 36

第三章 分布式光纖感測(cè)技術(shù)性能研究 38 

3.1 概述 38 

3.2 FBG的感測(cè)性能 38 

3.2.1 FBG中心波長(zhǎng)與應(yīng)變和溫度的關(guān)系 38 

3.2.2 光纖光柵的光敏性 39 

3.2.3 FBG的穩(wěn)定性 40 

3.2.4 FBG溫度與應(yīng)變交叉敏感問(wèn)題 40 

3.3 基于瑞利散射的分布式光纖感測(cè)性能研究 41 

3.3.1 主要性能指標(biāo) 41 

3.3.2 提高感測(cè)性能的途徑 42 

3.4 基于拉曼散射的分布式光纖感測(cè)性能研究 43 

3.4.1 主要性能指標(biāo) 43 

3.4.2 提高感測(cè)性能的途徑 44 

3.5 基于布里淵散射的分布式光纖感測(cè)性能研究 45 

3.5.1 基本性能指標(biāo) 45 

3.5.2 提高感測(cè)性能的方法 46 

3.5.3 布里淵散射光譜特性分析 49 

3.5.4 提高空間分辨率的頻譜分解法 54 

3.5.5 布里淵頻譜降噪 58 

3.6 應(yīng)變測(cè)量的溫度補(bǔ)償技術(shù)研究 59 

3.6.1 溫度變化對(duì)光纖參數(shù)的影響 59 

3.6.2 溫度補(bǔ)償方法 60

第四章 光纖傳感器與傳感光纜 65 

4.1 概述 65 

4.2 準(zhǔn)分布式 FBG傳感器 65 

4.2.1 FBG傳感器的種類(lèi)和特點(diǎn) 65 

4.2.2 FBG傳感器的感測(cè)性能標(biāo)定 69 

4.2.3 FBG傳感器的感測(cè)特性研究 72 

4.3 全分布式傳感光纜 73 

4.3.1 傳感光纜的標(biāo)定方法 73 

4.3.2 傳感光纜的結(jié)構(gòu)及護(hù)套效應(yīng) 75 

4.3.3 傳感光纜的疲勞性能 79 

4.3.4 傳感光纜的溫度感測(cè)性能對(duì)比 82 

4.4 纜-土耦合感測(cè)性能研究 87 

4.4.1 纜-土界面耦合變形力學(xué)模型 87 

4.4.2 纜-土界面參數(shù)及光纜測(cè)值可靠性判據(jù) 94 

4.4.3 纜-土界面耦合的影響因素 96 

4.4.4 土中直埋式光纜的應(yīng)變分布特征 105 

4.5 傳感光纜與回填材料的耦合性能研究 106 

4.5.1 考慮高圍壓的光纜 -回填料耦合性研究 106 

4.5.2 傳感光纜鉆孔注漿耦合材料配合比研究 112

第五章 地質(zhì)與巖土工程多場(chǎng)分布式光纖監(jiān)測(cè)技術(shù) 116 

5.1 概述 116 

5.2 應(yīng)變場(chǎng)的光纖監(jiān)測(cè)技術(shù) 117 

5.2.1 監(jiān)測(cè)原理 117 

5.2.2 傳感光纜（器） 117 

5.2.3 應(yīng)用實(shí)例 119 

5.3 應(yīng)力場(chǎng)的光纖監(jiān)測(cè)技術(shù) 120 

5.3.1 監(jiān)測(cè)原理 120 

5.3.2 解調(diào)技術(shù)與傳感光纜（器） 120 

5.3.3 應(yīng)用實(shí)例 122 

5.4 變形場(chǎng)的光纖監(jiān)測(cè)技術(shù) 123 

5.4.1 監(jiān)測(cè)原理與方案 123 

5.4.2 解調(diào)技術(shù)與傳感光纜（器） 123 

5.4.3 布設(shè)方式 125 

5.4.4 應(yīng)用實(shí)例 125 

5.5 溫度場(chǎng)的光纖監(jiān)測(cè)技術(shù) 126 

5.5.1 監(jiān)測(cè)原理與方法 126 

5.5.2 解調(diào)技術(shù)與傳感光纜（器） 126 

5.5.3 布設(shè)方案 126 

5.5.4 應(yīng)用實(shí)例 127 

5.6 水分場(chǎng)的光纖監(jiān)測(cè)技術(shù) 128 

5.6.1 概述 128 

5.6.2 水分場(chǎng)分布式光纖監(jiān)測(cè)原理 129 

5.6.3 加熱型 FBG傳感器研制 130 

5.6.4 加熱型傳感光纜研制 131 

5.6.5 水分場(chǎng)光纖監(jiān)測(cè) 134 

5.6.6 應(yīng)用驗(yàn)證 135 

5.7 滲流場(chǎng)的光纖監(jiān)測(cè)技術(shù) 137 

5.7.1 概述 137 

5.7.2 監(jiān)測(cè)原理 138 

5.7.3 解調(diào)技術(shù)與傳感光纜（器） 138 

5.7.4 滲流速率的標(biāo)定 139 

5.8 化學(xué)場(chǎng)的光纖監(jiān)測(cè)技術(shù) 141 

5.8.1 概述 141 

5.8.2 基本監(jiān)測(cè)原理 142 

5.8.3 海水鹽度 LPG監(jiān)測(cè)試驗(yàn) 142 

5.9 其他場(chǎng)的光纖監(jiān)測(cè)技術(shù) 147 

5.10 地質(zhì)與巖土工程分布式光纖多場(chǎng)監(jiān)測(cè) 148

第六章 分布式光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 149 

6.1 概述 149 

6.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 149 

6.3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與內(nèi)容 150 

6.4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集與傳輸 151 

6.5 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理、分析及決策 152 

6.5.1 一般步驟 153 

6.5.2 基于小波分析的光纖監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理 155 

6.5.3 異常區(qū)域的模式識(shí)別方法 157 

6.5.4 基于分布式監(jiān)測(cè)的正、反演探討 162 

6.5.5 基于應(yīng)變場(chǎng)分布的巖土工程結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別 167 

6.6 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可視化 170 

6.6.1 系統(tǒng)架構(gòu)和功能 170 

6.6.2 數(shù)據(jù)可視化 172 

6.6.3 邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)可視化 173 

6.7 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析模型與預(yù)警預(yù)報(bào) 173 

6.7.1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)規(guī)則分析 173 

6.7.2 基于 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的邊坡多場(chǎng)信息分析 175 

6.7.3 基于光纖監(jiān)測(cè)的邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和滑坡預(yù)警 178

第七章 光纖大變形監(jiān)測(cè)技術(shù)與現(xiàn)場(chǎng)布設(shè) 186 

7.1 概述 186 

7.2 FBG大變形監(jiān)測(cè)技術(shù) 186 

7.3 分布式光纖大變形監(jiān)測(cè)技術(shù) 188 

7.3.1 定點(diǎn)式光纖應(yīng)變監(jiān)測(cè)技術(shù) 188 

7.3.2 分布式光纖測(cè)斜技術(shù) 189 

7.3.3 管式光纖變形監(jiān)測(cè)技術(shù) 192 

7.3.4 光纖深層沉降監(jiān)測(cè)技術(shù) 194 

7.3.5 光纖多點(diǎn)位移監(jiān)測(cè)技術(shù) 195 

7.3.6 螺旋彈簧式光纖變形監(jiān)測(cè)技術(shù) 195 

7.3.7 光纖雙向傳感器 198 

7.4 傳感器與傳感光纜的現(xiàn)場(chǎng)布設(shè) 199 

7.4.1 傳感器的現(xiàn)場(chǎng)布設(shè) 199 

7.4.2 傳感光纜的現(xiàn)場(chǎng)布設(shè) 209

第八章 土工模型試驗(yàn)光纖測(cè)試技術(shù) 215 

8.1 土工模型試驗(yàn)的測(cè)試要求 215 

8.2 光纖感測(cè)技術(shù) 215 

8.3 傳感器與傳感光纜研發(fā) 216 

8.3.1 FBG傳感器 216 

8.3.2 傳感光纜 219 

8.4 傳感光纜的安裝要點(diǎn) 222 

8.5 測(cè)試實(shí)例 223 

8.5.1 小型土體模型試驗(yàn)光纖測(cè)試 223 

8.5.2 中型土體模型試驗(yàn)光纖測(cè)試 226 

8.5.3 覆巖變形物理模型試驗(yàn)光纖測(cè)試 231 

8.6 土工離心機(jī)模型 FBG測(cè)試系統(tǒng) 235 

8.6.1 概述 235 

8.6.2 測(cè)試系統(tǒng) 236 

8.6.3 微型 FBG傳感器 237 

8.6.4 感知桿件制作 237 

8.6.5 FBG解調(diào)儀 238 

8.6.6 邊坡離心模型試驗(yàn) 239

第九章 巖土工程光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)研究 244 

9.1 概述 244 

9.2 樁基光纖測(cè)試技術(shù)研究 244 

9.2.1 主要問(wèn)題 244 

9.2.2 光纖測(cè)試方案 245 

9.2.3 監(jiān)測(cè)實(shí)例 252 

9.3 隧道光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)研究 254 

9.3.1 主要問(wèn)題 254 

9.3.2 光纖監(jiān)測(cè)方案 255 

9.3.3 監(jiān)測(cè)實(shí)例 262 

9.4 基坑光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)研究 266 

9.4.1 主要問(wèn)題 267 

9.4.2 光纖監(jiān)測(cè)方案 268 

9.4.3 監(jiān)測(cè)實(shí)例 272

第十章 地質(zhì)災(zāi)害光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)研究 278 

10.1 概述 278 

10.2 鉆孔全斷面光纖監(jiān)測(cè)技術(shù) 278 

10.2.1 鉆孔全斷面光纖監(jiān)測(cè)概念 278 

10.2.2 鉆孔全斷面光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 279 

10.3 地面沉降光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)研究 282 

10.3.1 主要問(wèn)題 282 

10.3.2 分布式光纖監(jiān)測(cè)方案 282 

10.3.3 蘇州盛澤地面沉降監(jiān)測(cè) 284 

10.4 地裂縫光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)研究 287 

10.4.1 主要問(wèn)題 287 

10.4.2 分布式光纖監(jiān)測(cè)方案 288 

10.4.3 無(wú)錫四房巷地裂縫監(jiān)測(cè) 291 

10.5 邊坡光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)研究 293 

10.5.1 主要問(wèn)題 293 

10.5.2 邊坡監(jiān)測(cè)方案 294 

10.5.3 三峽庫(kù)區(qū)馬家溝滑坡分布式光纖監(jiān)測(cè) 298

參考文獻(xiàn) 312

名詞術(shù)語(yǔ) 327 

索引 332