地質(zhì)與巖土工程分布式光纖監(jiān)測技術(shù)

序

前言

符號表

第一章 緒論 1

1.1 地質(zhì)與巖土工程監(jiān)測 1

1.2 地質(zhì)體的特點(diǎn)與監(jiān)測要求 2

1.3 常規(guī)監(jiān)測技術(shù)及其不足 3

1.4 分布式光纖感測技術(shù) 5

1.5 土木工程光纖監(jiān)測現(xiàn)狀 7

1.6 地質(zhì)與巖土工程光纖監(jiān)測現(xiàn)狀 8

1.7 本專著的主要內(nèi)容 10

第二章 分布式光纖感測技術(shù) 12

2.1 光纖與光纜 12

2.2 光纖感測技術(shù)的工作原理 13

2.3 光纖感測技術(shù)的分類 14

2.3.1 點(diǎn)式光纖感測技術(shù) 15

2.3.2 準(zhǔn)分布式光纖感測技術(shù) 15

2.3.3 全分布式光纖感測技術(shù) 17

2.4 幾種常用的分布式光纖感測技術(shù) 17

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

2.4.2 基于瑞利散射的全分布式光纖感測技術(shù) 23

2.4.3 基于拉曼散射的全分布式光纖感測技術(shù) 26

2.4.4 基于布里淵散射的全分布式光纖感測技術(shù) 27

2.5 常用光纖感測技術(shù)的特點(diǎn)分析 36

第三章 分布式光纖感測技術(shù)性能研究 38

3.1 概述 38

3.2 FBG的感測性能 38

3.2.1 FBG中心波長與應(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)變交叉敏感問題 40

3.3 基于瑞利散射的分布式光纖感測性能研究 41

3.3.1 主要性能指標(biāo) 41

3.3.2 提高感測性能的途徑 42

3.4 基于拉曼散射的分布式光纖感測性能研究 43

3.4.1 主要性能指標(biāo) 43

3.4.2 提高感測性能的途徑 44

3.5 基于布里淵散射的分布式光纖感測性能研究 45

3.5.1 基本性能指標(biāo) 45

3.5.2 提高感測性能的方法 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)變測量的溫度補(bǔ)償技術(shù)研究 59

3.6.1 溫度變化對光纖參數(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傳感器的種類和特點(diǎn) 65

4.2.2 FBG傳感器的感測性能標(biāo)定 69

4.2.3 FBG傳感器的感測特性研究 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性能對比 82

4.4 纜-土耦合感測性能研究 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)與巖土工程多場分布式光纖監(jiān)測技術(shù) 116

5.1 概述 116

5.2 應(yīng)變場的光纖監(jiān)測技術(shù) 117

5.2.1 監(jiān)測原理 117

5.2.2 傳感光纜（器） 117

5.2.3 應(yīng)用實(shí)例 119

5.3 應(yīng)力場的光纖監(jiān)測技術(shù) 120

5.3.1 監(jiān)測原理 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 變形場的光纖監(jiān)測技術(shù) 123

5.4.1 監(jiān)測原理與方案 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 溫度場的光纖監(jiān)測技術(shù) 126

5.5.1 監(jiān)測原理與方法 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 水分場的光纖監(jiān)測技術(shù) 128

5.6.1 概述 128

5.6.2 水分場分布式光纖監(jiān)測原理 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 水分場光纖監(jiān)測 134

5.6.6 應(yīng)用驗(yàn)證 135

5.7 滲流場的光纖監(jiān)測技術(shù) 137

5.7.1 概述 137

5.7.2 監(jiān)測原理 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)場的光纖監(jiān)測技術(shù) 141

5.8.1 概述 141

5.8.2 基本監(jiān)測原理 142

5.8.3 海水鹽度 LPG監(jiān)測試驗(yàn) 142

5.9 其他場的光纖監(jiān)測技術(shù) 147

5.10 地質(zhì)與巖土工程分布式光纖多場監(jiān)測 148

第六章 分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng) 149

6.1 概述 149

6.2 監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 149

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

6.4 監(jiān)測數(shù)據(jù)采集與傳輸 151

6.5 監(jiān)測數(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)測數(shù)據(jù)處理 155

6.5.3 異常區(qū)域的模式識別方法 157

6.5.4 基于分布式監(jiān)測的正、反演探討 162

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

6.6 監(jiān)測數(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)定性評價(jià)可視化 173

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

6.7.1 監(jiān)測數(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)的邊坡多場信息分析 175

6.7.3 基于光纖監(jiān)測的邊坡穩(wěn)定性評價(jià)和滑坡預(yù)警 178

第七章 光纖大變形監(jiān)測技術(shù)與現(xiàn)場布設(shè) 186

7.1 概述 186

7.2 FBG大變形監(jiān)測技術(shù) 186

7.3 分布式光纖大變形監(jiān)測技術(shù) 188

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

7.3.2 分布式光纖測斜技術(shù) 189

7.3.3 管式光纖變形監(jiān)測技術(shù) 192

7.3.4 光纖深層沉降監(jiān)測技術(shù) 194

7.3.5 光纖多點(diǎn)位移監(jiān)測技術(shù) 195

7.3.6 螺旋彈簧式光纖變形監(jiān)測技術(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)場布設(shè) 199

7.4.1 傳感器的現(xiàn)場布設(shè) 199

7.4.2 傳感光纜的現(xiàn)場布設(shè) 209

第八章 土工模型試驗(yàn)光纖測試技術(shù) 215

8.1 土工模型試驗(yàn)的測試要求 215

8.2 光纖感測技術(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 測試實(shí)例 223

8.5.1 小型土體模型試驗(yàn)光纖測試 223

8.5.2 中型土體模型試驗(yàn)光纖測試 226

8.5.3 覆巖變形物理模型試驗(yàn)光纖測試 231

8.6 土工離心機(jī)模型 FBG測試系統(tǒng) 235

8.6.1 概述 235

8.6.2 測試系統(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)測技術(shù)研究 244

9.1 概述 244

9.2 樁基光纖測試技術(shù)研究 244

9.2.1 主要問題 244

9.2.2 光纖測試方案 245

9.2.3 監(jiān)測實(shí)例 252

9.3 隧道光纖監(jiān)測技術(shù)研究 254

9.3.1 主要問題 254

9.3.2 光纖監(jiān)測方案 255

9.3.3 監(jiān)測實(shí)例 262

9.4 基坑光纖監(jiān)測技術(shù)研究 266

9.4.1 主要問題 267

9.4.2 光纖監(jiān)測方案 268

9.4.3 監(jiān)測實(shí)例 272

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

10.1 概述 278

10.2 鉆孔全斷面光纖監(jiān)測技術(shù) 278

10.2.1 鉆孔全斷面光纖監(jiān)測概念 278

10.2.2 鉆孔全斷面光纖監(jiān)測系統(tǒng) 279

10.3 地面沉降光纖監(jiān)測技術(shù)研究 282

10.3.1 主要問題 282

10.3.2 分布式光纖監(jiān)測方案 282

10.3.3 蘇州盛澤地面沉降監(jiān)測 284

10.4 地裂縫光纖監(jiān)測技術(shù)研究 287

10.4.1 主要問題 287

10.4.2 分布式光纖監(jiān)測方案 288

10.4.3 無錫四房巷地裂縫監(jiān)測 291

10.5 邊坡光纖監(jiān)測技術(shù)研究 293

10.5.1 主要問題 293

10.5.2 邊坡監(jiān)測方案 294

10.5.3 三峽庫區(qū)馬家溝滑坡分布式光纖監(jiān)測 298

參考文獻(xiàn) 312

名詞術(shù)語 327

索引 332 2100433B

分布式光纖感測技術(shù)為地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測預(yù)警與巖土工程安全監(jiān)測提供了一個(gè)新的監(jiān)測理念和技術(shù)手段。本專著是作者團(tuán)隊(duì)二十年來在地質(zhì)與巖土工程分布式光纖監(jiān)測技術(shù)方面研究成果的總結(jié)，全書包括十章。在介紹了地質(zhì)與巖土工程監(jiān)測特點(diǎn)和分布式光纖感測技術(shù)的工作原理與技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地展現(xiàn)了研究團(tuán)隊(duì)在分布式光纖感測技術(shù)性能、光纖傳感器與傳感光纜、地質(zhì)與巖土工程多場光纖監(jiān)測技術(shù)、分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)、光纖大變形監(jiān)測技術(shù)與現(xiàn)場布設(shè)、土工模型試驗(yàn)光纖測試技術(shù)、巖土工程和地質(zhì)災(zāi)害光纖監(jiān)測技術(shù)等八個(gè)方面的研究成果。書中還附有符號表、參考文獻(xiàn)、名詞術(shù)語和索引等。

空間分辨率：≤1.3mm；距離分辨率：≤0.65mm；采樣頻率：≥23.8HZ；傳感光纖測試距離：≥10m；最大應(yīng)變量程：≥±10000με；應(yīng)變測試精度：≤±1.0με；應(yīng)變測試重復(fù)性誤差：不高于±0.55% FS；傳感光纖類型：普通單模光纖；分析軟件可進(jìn)行云圖顯示處理；詳細(xì)技術(shù)參數(shù)參照《分布式光纖應(yīng)變監(jiān)測分析系統(tǒng)招標(biāo)要求》。

《灌注樁基礎(chǔ)分布式光纖傳感檢測方法與系統(tǒng)》屬于巖土工程監(jiān)測和檢測技術(shù)領(lǐng)域和基于分布式光纖傳感檢測技術(shù)領(lǐng)域；尤其涉及灌注樁基礎(chǔ)分布式光纖傳感檢測方法。

1、通道：2通道。 2、空間分辨率：0.2m。 3、空間檢測精度：低至5厘米。 4、動態(tài)范圍：25dB。 5、空間監(jiān)測點(diǎn)：每米20點(diǎn)。 6、溫度監(jiān)測范圍：-273℃到 1000℃。 7、應(yīng)變監(jiān)測范圍：-5%（壓縮）到 3%（拉伸）。