基于分布式光纤测温技术的土石堤坝渗流监测方法研究

发布时间：2020-09-21 20:46

　　针对目前的土石堤坝安全问题,渗流问题是一个重要的影响因素,若发现渗流不及时处理或者处理不到位,极有可能引发管涌、流土等现象,导致堤坝发生溃坝。但是土石堤坝渗流问题存在随机性、隐蔽性特点,而且发生处十分不显著。早期采用的点式监测往往都会存在一定的盲区,使其监测范围不够全面,极容易出现漏监。基于分布式光纤测温技术的渗流监测方法提出和应用,从而使对渗流场的全面监测有机会实现。本文重点依靠模型试验,在对试验平台和试验过程进行合理设计的基础上,以均质土坝渗漏量和光纤土工膜破损监测和识别为目标,研究了基于DTS测温技术的实现原理和方法。本文的主要研究内容包括以下几个方面:(1)设计了一套由DTS测温主机,供水系统,加热系统等组成的砂性土渗流量监测试验平台,将加热系统进行了改进,采用硅橡胶加热带对光纤进行加热,后续改善了光纤的布设形式,将其与PVC管相结合从而提高了其监测的空间分辨率。通过该试验平台,选取渗流量,加热温度作为影响因素,研究了基于分布式光纤的砂性土渗流量监测试验,并推断出渗漏量与温度介值存在一定的线性关系,进而近似求得渗漏量的大小。(2)设计了一座均质土坝模型,首先在模型内部布设了三层光纤及硅橡胶加热光缆,然后再在大坝上游布设了土工膜,并在土工膜内表面布设了光纤。将土工膜是否破损作为影响因素,研究利用光纤如何确定土工膜破损的位置,并且发现利用光纤土工膜发现渗漏效果更好。通过观测土坝模型内部光纤的温度变化,推断出由于土工膜破损而导致的土坝内部产生的渗漏通道。最后针对的第二章提出的硅橡胶加热光缆将其应用于土坝模型中,实际渗漏量与第二章近似计算出的渗漏量基本吻合。(3)简述了渗流场与温度场耦合关系以及饱和——非饱和渗流分析基本原理,应用COMSOL软件,分析计算了均质土坝模型的渗流场与温度场耦合。分析结果可知:有限元软件计算结果基本与光纤监测结果基本相同,变化的形式也基本相符,但实测值与拟合值有一定的误差,约10%左右。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TV698.12
【部分图文】：

技术路线图,绪论

技术路线图

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为了利用 Si-DTS 技术进行模拟渗流量的试验，设计了一套由供水系统、模型装置、加热系统及数据分析等设备组成的测试系统，如图 2-1、2-2 所示。图2-1 基于Si-DTS的砂性土渗流量监测试验系统示意图Fig. 2-1 Schematic diagram of seepage monitoring test system for sand soil based on Si-DTS

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西安理工大学硕士学位论文10图2-2 基于Si-DTS的砂性土渗流量监测试验系统实物图Fig. 2-2 Physical diagram of sand soil seepage monitoring test system based on Si-DTS2.2.2 主要仪器设备DTS 系统主要由两部分构成，分别是分布式光纤测温主机和多模硅橡胶测温光缆。分布式光纤测温主机采用杭州珏光物联网科技有限公司生产的 JPDTS-1000 解调仪，其主要设备参数如表 2-1 所示。多模测温光缆采用螺旋钢管铠装测温光缆，该类型光缆造价成本低廉，加热效果显著，并且其还具有抗压抗拉性，柔韧性，不容易被破坏，雨天的时候也能防水，对于自然界的各类环境，均能适用，其结构示意图如图 2-3 所示。图2-3 螺旋钢管铠装测温光缆结构示意图Fig. 2-3 Diagram of fiber optic cable structure of spiral steel Tang表2-1 JPDTS-1000解调仪主要参数Tab. 2-1 JPDTS-1000 demodulation Instrument main parameters测量距离，km光纤类型通道数测温范围，℃测温精度

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