面向土体滑坡的复合光纤装置联合监测技术研究
发布时间：2022-02-10 08:40
山体滑坡（Landslide）是一种危害性极大的地质灾害,有效的获取滑坡前期征兆信息能够对山体滑坡进行预警预报。但是,根据我国环境监测网站数据显示,近年来成功监测预报山体滑坡的案例只有3.76%。究其原因在于山体滑坡作用机理复杂,已有的监测方法并没有实现滑坡前期征兆信息与滑坡体所处状态的有效关联,也就不能对滑坡过程的各种状态做出准确的预警预报。因此,研究监测滑坡前期征兆信息的科学方法,以及建立滑坡前期征兆信息与滑坡所处状态有效关联的监测模型,对于滑坡的预警预报具有重要的实际意义和社会价值。本文旨在运用光纤传感技术研制复合光纤装置达到对滑坡进行监测和预警。光纤传感技术（Optical Fiber Sensing Technology,OFST）监测滑坡相较于传统技术优势明显。最主要的优点在于:价格低廉的光纤可实现分布式铺设于滑坡体的表面或内部,可灵敏地监测滑坡前期征兆信息位移和应力等。但如何设计既经济又具有普适性的监测装置用于监测滑坡前期征兆信息,以及如何建立科学模型使得监测数据与滑坡的孕育过程有效关联等问题亟待解决。通过调研发现,目前的光纤监测方法仅仅单一地监测滑坡体的位移变化信息,又...
【文章来源】：重庆大学重庆市211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
地质灾害构成表
重庆大学博士学位论文2图1.2深圳特大滑坡现场Fig.1.2Shenzhenlandslidesite长期以来，国内外科学研究者以实践与理论相结合实现了许多可以应用于滑坡监测的方法与设备[6-10]。例如：探地雷达(GroundPenetratingRadar，GPR)、数字化近景摄影测量法、放射性测量方法、测斜仪、同轴电缆技术和光纤传感技术等。这些技术或设备对滑坡地段进行了成功地监测并已有相关报道，但受到一些因素的制约：效率低、成本高、应用范围窄、精度低、实际操作不强，尚未形成完善的监控体系。因此，建立安全可靠的监测系统和科学准确的预测方法能及时反映边坡的状态是减少损失的关键。本研究以保护生命财产为目标，具有较强的工程实践价值和一定的科学意义，并能在一定程度上促进相关交叉学科的联合技术创新。已使用的常规监测滑坡的方法有如下：①地形地貌监测法[11]，这种方法主要进行边坡地形地貌观察，同时也观察动物活动情况，通过经验判断是否发生险情。该方法具有操作简便、形象具体并且分析判断也比较准确等优点。它不仅适用于各类滑坡体在不同变形阶段的监测，而且具有丰富而广泛的监测内容，获取的前兆信息(Precursorinformation)直观可靠，可信度高。但该方法属于地表监测，无法对坡体内部信息做出准确的监测和判断。②设站观测法[12-13]，这种方法用最简单的点对点方式进行测量。该方法主要在坡体表面设置一些标记点，并用利用固定点去观察这些标记点的变化。在坡体外部选择合适的地点设置固定观测站，定期对坡体表面设置的标志点进行测量，以监测这些标志点间距随时间的变化大校主要有摄影测量技术和对地面标志点进行人为观察记录的方式。摄影测量是运用照相机、水平仪等，对边坡的外形特征进行观察和记录。利用这些测量得到的前兆信息分析整理
1绪论11图1.4装置使用方法图Fig.1.4Useofequipmentinfigure复合光纤装置的使用中，主要利用光纤的弯曲损耗特性。图1.5反应了不同波长的瑞利散射损耗特性，由图可以看出，1.55μm处损耗最低。因此在试验中OTDR仪选择1.55μm作为测量波长。因此复合光纤装置可以进行长距离传感而不影响背向散射光功率，并且利用光纤的瑞利散射特性能够实现分布式测量。本文优化了以蝴蝶结为基础的光时域反射复合光纤装置。同时本文中选用的光纤Bragg光栅也以1.55μm为反射峰中心波长。多种复合光纤装置均以1.55μm光纤为载体正是依据图1.5的低损耗特性。一般测量曲线即将做到的曲线紫外吸收红外吸收瑞利散射短波窗口长波窗口损耗（·）波长λ/μ图1.5光纤的损耗波谱曲线Fig.1.5Fiberlossspectrum
【参考文献】：
期刊论文
[1]碎石桩与抗滑桩联合加固斜坡软弱地基路堤的工作机理分析[J]. 蒋鑫,梁多伟,刘晋南,邱延峻. 铁道学报. 2015(12)
[2]穿心式测力环弹性体的结构优化设计[J]. 桂贵,齐舒. 土木工程与管理学报. 2015(01)
[3]面向边坡滑移的剪切位移传感装置[J]. 高潮,刘邦,郭永彩,朱正伟. 光子学报. 2015(03)
[4]基于细观颗粒元的混凝土弯曲试验模拟与率效应[J]. 武明鑫,张楚汉,王进廷. 清华大学学报(自然科学版). 2014(08)
[5]Distributed Fiber Optic Monitoring and Stability Analysis of a Model Slope under Surcharge Loading[J]. ZHU Hong-Hu,SHI Bin,ZHANG Jie,YAN Jun-Fan,ZHANG Cheng-Cheng. Journal of Mountain Science. 2014(04)
[6]基于BOTDA的光纤传感技术在抗滑桩变形监测中的应用[J]. 万飞,邓清禄,张申,孙健桄. 安全与环境工程. 2014(03)
[7]光纤光栅传感技术在工程中的应用[J]. 徐国权,熊代余. 中国光学. 2013(03)
[8]基于分布式光纤应变感测的边坡模型试验研究[J]. 朱鸿鹄,施斌,严珺凡,陈城,李煜,王静,张洁. 岩石力学与工程学报. 2013(04)
[9]高强度硫系玻璃微结构光纤研究[J]. 何钰钜,王训四,聂秋华,张培全,徐会娟,徐铁峰,戴世勋,张培晴. 光电子.激光. 2013(03)
[10]基于BOTDA的光纤传感技术在边坡变形监测中的应用研究[J]. 庞伟军,邓清禄,熊建,王红伟. 安全与环境工程. 2012(06)
博士论文
[1]库岸边坡多场光纤监测技术与稳定性评价研究[D]. 孙义杰.南京大学 2015
[2]边坡监测的复合光纤装置法研究及其应用[D]. 朱正伟.重庆大学 2011
[3]三峡库区渐进式库岸滑坡的预测预报研究[D]. 李远耀.中国地质大学 2010
[4]光纤加速度传感器若干关键技术研究[D]. 曾楠.清华大学 2005
硕士论文
[1]复合光纤装置监测滑坡可行性的试验研究[D]. 刘邦.重庆大学 2011
[2]基于OTDR的分布式光纤微弯测试系统的研究[D]. 杨福先.南京航空航天大学 2007
本文编号：3618593
【文章来源】：重庆大学重庆市211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
地质灾害构成表
重庆大学博士学位论文2图1.2深圳特大滑坡现场Fig.1.2Shenzhenlandslidesite长期以来，国内外科学研究者以实践与理论相结合实现了许多可以应用于滑坡监测的方法与设备[6-10]。例如：探地雷达(GroundPenetratingRadar，GPR)、数字化近景摄影测量法、放射性测量方法、测斜仪、同轴电缆技术和光纤传感技术等。这些技术或设备对滑坡地段进行了成功地监测并已有相关报道，但受到一些因素的制约：效率低、成本高、应用范围窄、精度低、实际操作不强，尚未形成完善的监控体系。因此，建立安全可靠的监测系统和科学准确的预测方法能及时反映边坡的状态是减少损失的关键。本研究以保护生命财产为目标，具有较强的工程实践价值和一定的科学意义，并能在一定程度上促进相关交叉学科的联合技术创新。已使用的常规监测滑坡的方法有如下：①地形地貌监测法[11]，这种方法主要进行边坡地形地貌观察，同时也观察动物活动情况，通过经验判断是否发生险情。该方法具有操作简便、形象具体并且分析判断也比较准确等优点。它不仅适用于各类滑坡体在不同变形阶段的监测，而且具有丰富而广泛的监测内容，获取的前兆信息(Precursorinformation)直观可靠，可信度高。但该方法属于地表监测，无法对坡体内部信息做出准确的监测和判断。②设站观测法[12-13]，这种方法用最简单的点对点方式进行测量。该方法主要在坡体表面设置一些标记点，并用利用固定点去观察这些标记点的变化。在坡体外部选择合适的地点设置固定观测站，定期对坡体表面设置的标志点进行测量，以监测这些标志点间距随时间的变化大校主要有摄影测量技术和对地面标志点进行人为观察记录的方式。摄影测量是运用照相机、水平仪等，对边坡的外形特征进行观察和记录。利用这些测量得到的前兆信息分析整理
1绪论11图1.4装置使用方法图Fig.1.4Useofequipmentinfigure复合光纤装置的使用中，主要利用光纤的弯曲损耗特性。图1.5反应了不同波长的瑞利散射损耗特性，由图可以看出，1.55μm处损耗最低。因此在试验中OTDR仪选择1.55μm作为测量波长。因此复合光纤装置可以进行长距离传感而不影响背向散射光功率，并且利用光纤的瑞利散射特性能够实现分布式测量。本文优化了以蝴蝶结为基础的光时域反射复合光纤装置。同时本文中选用的光纤Bragg光栅也以1.55μm为反射峰中心波长。多种复合光纤装置均以1.55μm光纤为载体正是依据图1.5的低损耗特性。一般测量曲线即将做到的曲线紫外吸收红外吸收瑞利散射短波窗口长波窗口损耗（·）波长λ/μ图1.5光纤的损耗波谱曲线Fig.1.5Fiberlossspectrum
【参考文献】：
期刊论文
[1]碎石桩与抗滑桩联合加固斜坡软弱地基路堤的工作机理分析[J]. 蒋鑫,梁多伟,刘晋南,邱延峻. 铁道学报. 2015(12)
[2]穿心式测力环弹性体的结构优化设计[J]. 桂贵,齐舒. 土木工程与管理学报. 2015(01)
[3]面向边坡滑移的剪切位移传感装置[J]. 高潮,刘邦,郭永彩,朱正伟. 光子学报. 2015(03)
[4]基于细观颗粒元的混凝土弯曲试验模拟与率效应[J]. 武明鑫,张楚汉,王进廷. 清华大学学报(自然科学版). 2014(08)
[5]Distributed Fiber Optic Monitoring and Stability Analysis of a Model Slope under Surcharge Loading[J]. ZHU Hong-Hu,SHI Bin,ZHANG Jie,YAN Jun-Fan,ZHANG Cheng-Cheng. Journal of Mountain Science. 2014(04)
[6]基于BOTDA的光纤传感技术在抗滑桩变形监测中的应用[J]. 万飞,邓清禄,张申,孙健桄. 安全与环境工程. 2014(03)
[7]光纤光栅传感技术在工程中的应用[J]. 徐国权,熊代余. 中国光学. 2013(03)
[8]基于分布式光纤应变感测的边坡模型试验研究[J]. 朱鸿鹄,施斌,严珺凡,陈城,李煜,王静,张洁. 岩石力学与工程学报. 2013(04)
[9]高强度硫系玻璃微结构光纤研究[J]. 何钰钜,王训四,聂秋华,张培全,徐会娟,徐铁峰,戴世勋,张培晴. 光电子.激光. 2013(03)
[10]基于BOTDA的光纤传感技术在边坡变形监测中的应用研究[J]. 庞伟军,邓清禄,熊建,王红伟. 安全与环境工程. 2012(06)
博士论文
[1]库岸边坡多场光纤监测技术与稳定性评价研究[D]. 孙义杰.南京大学 2015
[2]边坡监测的复合光纤装置法研究及其应用[D]. 朱正伟.重庆大学 2011
[3]三峡库区渐进式库岸滑坡的预测预报研究[D]. 李远耀.中国地质大学 2010
[4]光纤加速度传感器若干关键技术研究[D]. 曾楠.清华大学 2005
硕士论文
[1]复合光纤装置监测滑坡可行性的试验研究[D]. 刘邦.重庆大学 2011
[2]基于OTDR的分布式光纤微弯测试系统的研究[D]. 杨福先.南京航空航天大学 2007
本文编号：3618593
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/diqiudizhi/3618593.html
