邊坡監(jiān)測的復合光纖裝置法研究及其應用.pdf

1、不穩(wěn)定邊坡的危害幾乎無處不在。據(jù)統(tǒng)計,近五年來我國共發(fā)生邊坡失穩(wěn)災害17萬余起,傷亡5000余人,直接經(jīng)濟損失近160億元,而滑坡等地質(zhì)災害的成功預報僅2500多次,其比例為1.4％。分布式、實時、遠程獲知地質(zhì)體內(nèi)部力學信息,及時準確判斷災害前巖土體的異常狀態(tài),是有效監(jiān)測邊坡穩(wěn)定的基本保證。地球物理方法、測斜儀技術(shù)、“3S”技術(shù)、時域反射技術(shù)、光時域反射技術(shù)、布里淵光時域反射技術(shù)、布里淵光時域分析技術(shù)等各有優(yōu)點,但它們不能同時實現(xiàn)輔材價

2、格低廉、分布式、實時、遠程遙測、有較高的初始測量精度、以及判斷滑坡運動方向的監(jiān)測,而使得上述方法在邊坡監(jiān)測的應用受限。因此,為邊坡位移監(jiān)測提供新的監(jiān)測方法非常重要和迫切。
　　 本文基于光纖傳感原理和光時域反射技術(shù),突破現(xiàn)有方法的局限,新設(shè)計了一種可同時實現(xiàn)上述指標的復合光纖裝置,并系統(tǒng)研究了基于復合光纖裝置的邊坡監(jiān)測方法、建立了復合光纖傳感監(jiān)測體系。取得的主要成果如下:
　　 ①利用光纖彎曲時光線傳輸原理探討了本文單模

3、光纖不同纖芯直徑和光透過率對應的曲率半徑,建立了可以忽略光纖宏彎損耗臨界曲率半徑與波長的關(guān)系,確定了二次盤纖的最佳盤圈直徑不宜小于200mm。
　　 ②根據(jù)鋼筋混凝土梁的空間架構(gòu)理論,通過試驗方案和試驗結(jié)果改進、設(shè)計了成本低廉的復合光纖裝置,對其進行了抗折、抗剪模型原理分析,并建立了抗折模型在線性和全截面斷開階段、以及單剪模型光纖伸長的理論公式。
　　 ③開展了裸光纖抗拉、抗剪試驗以及鋸齒形套管光纖抗剪、光纖繞圓圈和光纖

4、蝴蝶結(jié)等光纖裝置彎曲損耗測定試驗,提出了用蝴蝶結(jié)形光纖代替直光纖的設(shè)想,并通過以聚氯乙烯(PVC)普通塑料板和膨脹性聚酯乙烯(EPS)泡沫為基材、不同橫截面尺寸的復合光纖裝置的抗折試驗,驗證了設(shè)有蝴蝶結(jié)的復合光纖裝置效果更好。
　　 ④基于PVC塑料板和EPS泡沫基材、不同截面尺寸的復合光纖裝置,以不同強度的水泥砂漿和砼為灌漿材料的灌漿體試件進行抗折試驗、雙剪試驗和單剪試驗,發(fā)現(xiàn)基于EPS基材的裝置性能更佳,測得了不同裝置的加載

5、點豎向位移與光纖損耗、滑移的關(guān)系曲線,提出了試驗中最優(yōu)蝴蝶結(jié)寬度尺寸為30-32mm。
　　 ⑤基于復合光纖裝置開展了2次室內(nèi)和1次現(xiàn)場模擬試驗,結(jié)果表明該裝置對剪切變形具有較高的初始測量精度,一定的測量行程和動態(tài)范圍,可以判斷荷載的運動方向;光纖的行程與模型的滑移量已呈明顯的非線性關(guān)系,而且損耗具有更高的非線性關(guān)系。
　　 ⑥對選定的工程應用場地按相關(guān)規(guī)范要求進行了現(xiàn)場直接剪切試驗,對現(xiàn)場采集的巖樣進行了天然單軸抗壓和

6、三軸試驗,確定了現(xiàn)場土體的c=18.1kPa、Φ=21.28°,巖樣的c=1.83MPa、Φ=37.5°,并結(jié)合破壞性監(jiān)測邊坡的實際確定了其綜合內(nèi)摩擦角Φ0=29.5°。
　　 ⑦鉆孔內(nèi)灌漿材料是聯(lián)系復合光纖裝置與周邊巖土體的中間紐帶,是影響監(jiān)測效果的關(guān)鍵要素之一。對特定的邊坡,必須先盡可能多地確定巖土體的抗剪強度、摩擦角、壓實系數(shù)、重度、含水率等參數(shù),再選擇匹配的鉆孔尺寸、灌漿材料強度、復合光纖裝置的基材形式及其尺寸和光纖保護