地层塌陷作用下埋地管道光纤监测试验研究

发布时间：2024-05-18 17:51

　　目前,由于地层塌陷引起的埋地管道突发性事故时有发生,然而国内外关于这方面的研究相对滞后,尚无相关理论预测地面沉陷过程中管道及周边土体的受力变形规律。通过基于光纤布拉格光栅(FBG)的模型试验,研究了地层塌陷时管道的受力特征及土层的沉降分布规律,并推导提出了由光纤应变测值计算管道弯矩的方法。试验结果表明:①随着塌陷体积的增加,埋地管道呈现出顶底逐渐受压和侧边受拉的应变状态;②根据埋设在土体中的FBG应变读数可以将土体变形发展分为应力重分布阶段、土体蠕变压缩阶段和塌陷后的稳定阶段3个阶段;③地面沉降符合修正高斯分布曲线,在此基础上建立了光纤水平向应变与地面沉降变形之间的数学模型,并对比分析了理论计算值与试验值,发现二者具有良好的一致性。该研究为埋地管道安全性评估和灾变预警提供了一种新的思路和方法。

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

图1管道模型试验装置示意图

本试验利用水囊排水法精确控制管道下部土体的塌陷体积。在模型填筑前，紧贴模型箱底板放置一个水囊，水囊充水体积为1800mL，充水后高度约3cm。然后分层填筑砂土、埋设管道，静置2h后开始试验。1.2试验方案

图2Geo-PIV计算得到的土体位移场云图

在整个试验过程中，水囊排水的速度控制为约40mL/min。采用A01C型光纤光栅解调仪自动采集FBG波长读数，其波长分辨率为1pm，重复性为±3pm。同时，将数码相机置于模型箱正前方连续拍摄照片，采用粒子图像测速（PIV）技术获取管道周边土体的变形。图2为利用英国剑桥大学开....

图3H2位置处的FBG传感器应变测值

以下首先分析管道下方土体中的FBG光纤串H2的读数。从应变监测数据可以看出，土体变形发展经历了，即应力重分布阶段（阶段Ⅰ）、土体蠕变压缩阶段（阶段Ⅱ）和塌陷后的稳定阶段（阶段Ⅲ）3个阶段，如图3所示。图中拉应变为正，压应变为负。(1）当时间t=0～500s，随着水囊排水量的增加....

图4H1位置处的FBG传感器应变测值

(3）经过对同一土层内的FBG监测结果对比分析后发现，管体正上方的FBG3传感器受到很大的压应变，而靠近模型箱边界处的传感器FBG1、FBG5测值变化幅度最小。这是由于土体沉降变形的局部化造成的。在模型试验中观测到，地表中心点处的沉降量最大，靠近两侧逐渐减小。2.2管道受力监测....

本文编号：3977148