基于BOTDA的削坡作用下边坡破坏过程模型试验研究

发布时间：2024-12-25 22:29

　　 在众多诱发滑坡的因素中,人工削坡引发的边坡失稳现象十分普遍。采用布里渊光时域分析技术(以下简称BOTDA技术),通过模型试验和数值模拟分析,对削坡作用下的边坡变形机理及其演化过程进行了研究。由于传感光缆与土体之间的耦合性直接影响着监测结果的准确性,首先通过不同围压作用下的拉拔试验,掌握了传感光缆与土体耦合变形关系。然后,设计了坡顶加载试验模型,通过在水平向和竖直向植入传感光缆,实现对边坡模型在削坡作用下土体内部变形场的分布式监测。试验结果表明:水平和竖直向传感光缆监测到的应变异常区域与潜在滑动面位置相吻合,并被数值模拟所证实;在BOTDA监测数据的基础上提出了边坡模型水平特征最大应变值与安全系数之间的经验公式,对削坡作用下的边坡稳定性状态进行了评价,进而可对边坡失稳做出预警。

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【部分图文】：

图1 BOTDA测试原理

在边坡变形监测中，通过在边坡模型的内部植入传感光缆，边坡的变形和环境温度的变化将改变铺设光缆的布里渊频移，通过式（1），可确立光纤布里渊频移与边坡变形、环境温度之间的线性关系。在剔除温度的影响后，就可以对光缆沿线的应变实现分布式测量，从而获取边坡的内部变形信息。

图2 试验装置示意

试验装置如图2所示，主要由压力室、拉拔装置和测试装置构成。将土体试样水平放在如图2所示的压力室中，采用特制的夹具夹住其中一端的光缆，并连接至卧式拉力测试台。在法兰盘与压力室的连接处以及固定螺帽与法兰盘的连接处放置橡胶垫片，以保证压力室的密封性，然后通过油压千斤顶对土体试样分级施加....

图3 光缆在土体中拉拔时的应变分布曲线

图2试验装置示意本文提出表征土体-光缆耦合变形能力的新参数：应变传递深度dε。应变传递深度定义为在一次拉拔试验中，光缆轴向应变自埋入段向尾部传递的最远距离。显然，土体?光缆耦合变形能力越好，则应变传递深度越小。当土体与光缆能完全耦合变形时，即dε接近于0时，光缆“固化”于土体中....

图4 围压对应变传递深度的影响

根据拉拔试验结果，并考虑受空间分辨率以及光缆连续性的影响，应变会“刺入”邻近光缆段（其距离约为一倍空间分辨率，即0.1m)[9]，得出围压与光缆应变传递深度的关系，如图4所示。结果表明：随着土样法向围压增大，土体密实度就会增加，土体与传感光缆之间的作用力增大，两者间的变形耦合性....

本文编号：4020102