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基于布里渊散射光纤传感技术在边坡监测中的应用
资料类别
  化工建筑毕业论文(设计)
课程(专业)
  大地测量与测量工程
关键词
  大地测量与测量工程|变形监测
适用年级
  大学
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文件格式

  pdf
文件大小
  2063K
发布时间
  2013-09-03 09:04:00
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  1
发布人   kj008

 内容简介:
   硕士学位论文 基于布里渊散射光纤传感技术在边坡监测中的应用,正文共60页。
   摘 要
   中国幅员辽阔,地质灾害种类繁多,极其复杂,是世界上发生地质灾害最严重的国家。随着国家经济的快速发展,建设规模的扩大,尤其近年来公路,水利,高铁的快速发展,人工开挖的边坡越来越多,对人类生存环境的危害程度越来越大,国家的很多工程项目,尤其像三峡水利枢纽工程这样的项目建设运营过程当中,都会造成一定的地质灾害,因此对边坡的监测就显得极其有必要。 边坡地质灾害大部分发生在山区,针对边坡地质灾害的监测,监测技术在国内外已经发展到一个较高的水平,监测内容丰富,监测方法较多,监测仪器各种各样,随着电子及计算机技术的迅猛发展,监测技术方法逐渐向自动化、高精度方向转变,监测仪器也在向性能佳、监测范围广、智能化程度高发展。分布式光纤监测传感技术成为世界各国研究的热点课题,国内外都有将分布式光纤传感技术应用于监测项目的成功先例。
   分布式光纤传感技术具有抗电磁干扰、监测距离长的优点,而且能够对边坡进行全面的监测。这些优点都将使分布式光纤传感技术得到更加广泛的应用。第一章详细介绍了用于边坡监测的技术方式,及分布式光纤传感系统在国内外的应用及研究现状光在光纤中传播会产生受激布里渊散射,受激布里渊散射光的频移与光纤的应变及温度变化有线性关系;第二章从分布式光纤传感技术的基本原理出发,对光纤的特性及传感器的原理进行阐述,并对布里渊频移与应变和温度的关系展开理论分析;第三章通过实验论证受激布里渊散射光的频移与光纤的应变和温度变化量成线性关系,对光纤温度补偿办法和光纤定位方法的研究进行探讨;第四章将分布式光纤传感技术应用于野三河跨越不稳定边坡监测项目中,根据边坡监测环境的复杂特点,展开监测方案的研究,包括光纤类型的选择、光纤的铺设及固定方式。在边坡监测中,实现光纤与边坡的同步变形是边坡监测的基本要求,因此结合边坡监测的特点,分别阐述了植入式和粘贴式的优缺点,根据在野三河不稳定边坡监测项目中的实际监测经验,研究了分布式光纤监测系统在运营过程中存在的问题及解决办法,并且将裂缝计与分布式光纤监测系统同时应用于边坡监测中,来探讨彼此代表的两种监测方式的优缺点。通过论文的相关研究,得到如下结论: (1)由于混凝土是现场浇筑的,浇注混凝土对光纤有一定的磨损,为了保证光纤植入的效果,浇筑混凝土必须在24小时之内完成。固定光纤应该与施工同时进行,并且在浇筑混凝土之前就应该把光纤铺设完成,所以在浇注的时候尽量配合施工人员保护光纤,以免施工人员或者混凝土中的碎石造成光纤的折断。
   (2)光纤纤芯的主要材料是SiO2 ,恶劣的外界环境有可能将光纤折断,所以在敷设光纤时应该采用相应的保护措施。在重要位置应预先保留一定长度的光纤,既可以用作温度补偿,而且如果旁边的光纤发生折断情况,可以将此光纤用来修补。光纤的完好对监测系统的运营至关重要。
   (3)分布式光纤监测系统中的光纤不能进行单端测量,需要连成闭合回路才能有效。由于分布式光纤监测仪器价格较高,而且仪器对工作环境的要求也高,尤其湿度太大会严重影响仪器的工作效率及寿命,另外光纤本身就可以传输信号,并不需要另外添加其他传输方式,所以尽量采用远程监测的方式,布置更长的光纤将监测系统接入滑坡区域外的监测站内工作。这样既不会受到天气及恶劣环境的影响,也减少了监测人员的工作量和边坡对工作人员的生命威胁,还能避免恶劣环境影响采集数据的精度。在对野三河边坡实施监测的一年时间当中,通过光纤采用远程监测的方式将监测过程放置在农户门口。减少了外界人员对监测系统的干扰,延长了监测系统的寿命。
   (4)通过实验测试监测系统的误差,监测结果显示绝对误差在±100u ,虽然仪器的标称精度可以达到±25u ,但由于受到环境及人为影响产生一定的误差,所以实际状态下并没有那么高的精度,但此精度绝对可以满足野三河边坡监测的要求。
   (5)为了监测坡体的真实情况,分布式光纤监测系统中的光纤必须与边坡保持同步变形。分布式光纤监测技术在我国处于应用初期,光纤网络的铺设方式、固定方式、数据处理并没有统一,可根据实际的边坡情况进行相应的设计。所以先深入研究边坡状况,做出比较详细的规划设计,然后再铺设光纤。石质边坡比较适合在具有代表性的剖面刻槽并预埋混凝土,通过人工浇筑地梁的方式来埋设光纤。由于光纤比较脆,填土中存在部分较大的颗粒石子,容易造成光纤的断裂,一般将光纤与柔性加固材料进行糅合来进行土质边坡的监测。分布式监测系统得到的直接物理量是应变,为了更加形象的评估被监测对象的安全程度,将应变进行转化,然后对边坡的状态进行评价。
   (6)探索了裂缝计与分布式光纤联合监测边坡的应用方法。裂缝计的灵敏度比较高,精度达到0.01mm,可以非常精确的测量裂缝的变化量,但其只是单个存在,需要布设很多个裂缝计才能监测边坡的完整信息;分布式光纤传感技术可以对边坡进行不间断、分布式的监测,但由于由空间分辨率只能达到10cm。野三河边坡监测中采用两者联合监测的方法,将光纤铺设于整个边坡,来监测边坡的整体信息;在边坡的关键位置安置裂缝计监测获得关键位置的裂缝变化情况。两者的结合,既可避免裂缝计点式测量的不足,又可克服分布式光纤监测空间分辨率不高的缺点。
   关键字:边坡;变形监测;光纤传感技术;PPP-BOTDA;光纤标定

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