分布式光纤技术在隧道变形监测中的应用

目前,隧道的安全服役离不开安全监测和预警,分布式光纤技术为隧道的安全运营提供一种全新的技术保障手段。为解决隧道的差异性沉降监测难题,从实验室内光纤轴向拉伸监测变形和Z字形布线方式监测差异沉降的原理及其在某隧道内的应用效果2个方面,阐述分布式光纤监测技术在隧道工程中的应用。无论室内的等级光纤拉伸和还是Z字形布线方式,位移和应变的对应关系都呈现出良好的线性比例关系,为工程实际应用提供理论依据。从工程监测结果来看,分布式定点应变感测光缆能实现对管片接缝变形的准确定位和毫米级接缝宽度感知,Z字形光缆布设方式也能对隧道内管片差异沉降实现精准感知,充分体现分布式光纤监测技术在隧道结构健康监测中的鲜明优势。     

光纤光栅自感知预应力锚索在边坡加固中的应用

锚索是边坡加固工程的核心元件,对锚索施加预应力是提高其加固效果的重要途径。为对锚索预应力施工张拉过程进行监测,该文设计了一种光纤光栅自感知锚索:在锚索的钢绞线中心丝上设置凹槽,并在凹槽中用胶黏剂封装光纤光栅(FBG);同时为提高光纤光栅传感器监测量程,使中心丝在持荷状态下粘贴光纤光栅。以中心丝持荷值为变化参数,研究不同持荷值下光纤光栅传感器的监测性能。在某边坡加固工程中,采用该技术对预应力锚索的施工张拉进行了监测,传感器存活率为100%,并与现场张拉数据进行对比,二者误差很小,体现了自感知钢绞线在边坡加固工程中的实用性和可靠性。     

光纤光栅传感技术在隧道火灾报警系统中的应用

隧道火灾自动探测报警系统是隧道监控系统的重要组成部分之一,是保证公路隧道安全运营,减少公路隧道发生火灾时人员伤亡与财产损失的重要手段。其作用是实时探测隧道环境温度并迅速、可靠地发现和通报火情。可靠性与误报率是火灾报警系统设备的两大基本要素。本文分析了国内现有的隧道火灾监控系统现状,介绍了光纤光栅传感技术的原理,阐述了这一新技术在工程应用中的优点,体现了和谐、环保、节约的设计理念,并提出了基于光纤光栅感温探测器的隧道火灾报警监测系统,并结合工程实例介绍了该系统在隧道火灾监控中的应用。     

基于光纤光栅测力环的桥梁拉索索力监测及温度补偿研究

索力的智能化监测对缆索承重体系桥梁的安全运营有重要意义。基于索力长期监测的要求,提出一种新型光纤光栅(FBG)测力环,采用螺栓固定光纤光栅应变传感器的方式达到其可更换的目的,设计测力环上下表面凸台结构,在减少传感器数量的同时提高了测试精度。通过理论和试验两方面对光纤光栅测力索力智能监测及其温度补偿进行深入研究,根据测力环放置于锚垫板与螺母之间受拉索作用时和在处于自由状态下其自身的温度效应一致的研究结论,推导计算公式实现拉索索力温度补偿。工程应用结果表明:新型的光纤光栅测力环具有较高的测试精度,并有效地实现了温度补偿,适用于桥梁拉索索力的长期监测。     

土工格栅经验型蠕变模型及其参数试验

为了探讨土工格栅在长期荷载作用下的蠕变特性,在不同荷载级别和环境温度的各种组合条件下,针对不同规格的土工格栅进行了长期室内蠕变试验,并根据对蠕变试验结果的综合对比分析,探讨了土工格栅蠕变曲线、荷载-应变等时曲线的一般特征。试验与分析结果表明:荷载级别、环境温度、格栅强度与生产工艺是影响土工格栅长期蠕变特性的重要因素。结合粘弹性理论建立了反映土工格栅蠕变特性的三参数经验型本构模型,提出了合理确定模型参数的试验方法,并通过与试验结果对比,分析了荷载级别和环境温度对蠕变模型参数的影响。所建议的格栅蠕变模型能有效地对土工格栅加筋结构长期工作性能进行分析与评价。     

光纤光栅技术在桥梁测试中的应用研究

光纤光栅技术是一种新型的桥梁测试技术.概述光纤光栅传感器的基本原理、特点以及国内外研究应用情况;研究光纤光栅技术在拉索索力长期监测中的应用,开发了长期稳定性好、不受电磁场干扰、可实现分布式测量以及适宜远距离传输的光纤光栅测力环,并将成果应用于郑西客运专线提篮拱桥拉索索力长期监测;研究光纤光栅技术在大跨度桥梁动应力测试中的应用,选用灵敏度高、动态性能好的夹持式光纤光栅应变传感器,用于武汉天兴洲长江大桥通车鉴定试验动应力测试中.工程实例显示测试效果较好.同时,探讨光纤光栅传感器在桥梁应用过程中存在的问题并展望其应用前景.     

基于物联网技术的梁桥远程安全监测系统研究

以实际工程为背景,运用先进的物联网技术、无线传输技术及光纤光栅检测技术,针对梁桥关键截面部署各类光纤光栅智能传感设备,实时对其裂缝、应变、温度及动态特性进行检测,依据桥梁损伤识别和安全评估规范,实现桥梁健康状况的在线安全评估和分级预警,从而实现物联网技术在梁桥安全监测领域的良好应用。     

基于振动感知的混凝土铺面板底脱空识别方法

水泥混凝土铺面在使用过程中常由于冲刷和沉降产生脱空，进而诱发断板、错台等病害，严重影响铺面使用性能。为此，提出一种基于振动感知的混凝土铺面板底脱空识别方法，以有效控制混凝土铺面的结构性损坏。通过有限元数值模拟与室内试验，发现板底脱空会影响铺面板局部振动的频谱分布，且影响程度与脱空面积、位置等因素相关。在此基础上，采用分布式光纤传感技术搭建铺面板振动感知系统，分布式地采集铺面板振动特性；利用时频分析技术解析铺面板振动特性，捕获振动频谱特征；研究不同脱空状况下铺面板局部的振动频谱特征。分析结果表明：脱空状况对20~150 Hz频段上频谱特征的影响显著；以该频段为敏感频段，计算加权频率的变化量，并以此为脱空监测指标，提出基于振动感知的混凝土铺面板底脱空识别方法。于上海龙华机场开展现场试验，在3块铺面板内搭建了分布式振动感知系统；采集了12个测点不同日期的动态弯沉与振动特性数据，比较了振动感知法和传统弯沉法的脱空识别结果。试验结果表明：2种方法的识别结果趋于一致且具有较好的相关性，验证了振动感知法用于脱空识别的可行性。     

基于光纤光栅传感技术的CFRP板加固桥梁预应力损失监测研究

针对碳纤维CFRP板张拉过程以及预应力损伤长期监测的技术难点,依托预应力CFRP板对现存旧桥加固工程,运用光纤光栅传感器(FBG)监测CFRP板张拉过程、张拉完成后瞬时以及长期预应力损失,并进行精度分析。研究表明:光纤光栅传感器可以精准地测量CFRP板的应变,最大误差为1.15%,明显优于传统钢筋应变片监测方法。工程实践表明,加固完成后CFRP板的长期最大预应力损失值约占张拉设计值的4%并趋于稳定,说明基于FBG的监测手段不仅能满足桥梁加固过程中短期监测需求,而且可以长期监控桥梁后续运营期的预应力损失,具有明显的技术优势。     

基于时间硬化蠕变模型的淤泥质土室内蠕变试验回归分析研究

将普通三轴剪切试验仪器改装成由应变控制的三轴剪切蠕变仪,对淤泥质土样进行室内三轴固结不排水蠕变试验,获得土样在不同围压和偏应力下的分别加载蠕变曲线、应力-应变等时曲线等,体现了淤泥质土显著的非线性蠕变特性。采用时间硬化蠕变模型对试验数据回归分析,回归曲线能较好拟合室内蠕变试验成果,结果表明该模型能够较好描述依托工程淤泥质土的蠕变特性,为数值模拟提供了蠕变参数。     

公路隧道光环境信息感知及试验研究

为进一步认识公路隧道光环境的信息组成，探讨静态和动态条件下的隧道信息感知机制，首先，综述国内外公路隧道光环境信息与感知的最新研究成果，着重介绍构成公路隧道光环境的物质及其反映的信息。然后，探究人-车-路行驶环境中的动态信息感知，并开展静、动态信息感知的试验研究。研究结果表明： 公路隧道光环境包含直接影响因素和间接影响因素；感知这些因素所反映的综合信息可分为静态和动态2种工况。作为人-车-路行驶环境，信息感知既牵涉到物理指标（物理量），也牵涉到人的主观反应即生物指标（生物量）。最后，通过分析研究信息感知机制，构建动态信息感知试验平台并开展试验研究，初步提出结合物理量和生物量交互的隧道光环境信息感知研究方法及评价指标。     

类岩石材料裂纹单轴压缩扩展行为研究

构建可靠的裂隙网络模型是岩质边坡、隧道和地下矿山巷道等各类岩体工程稳定性研究的基础。开展室内试验，研究含不同尺寸、不同倾角裂纹岩样在单轴压缩下的力学行为。结果表明：类岩石试样的峰值强度随裂纹倾角的增大而减小，且随裂纹倾角的增大，峰值应力对应的应变减小、幅度较大，类岩石试样在峰值强度后，表现出准脆性破坏特点；裂纹尺寸对试样的峰值应力和对应的峰值应变有较大影响，随裂纹尺寸增大，试样的峰值应变增大，但裂纹的形状（圆形和矩形）对峰值应力、应变的影响较小；验证了最大周向应力理论得到的在不同裂纹倾角下的开裂角，与单轴压缩下到不同裂纹倾角进行比较，发现在裂纹倾角较小时裂纹的开裂角与试验得到的相差不大，约7.39%～11.82%；而裂纹倾角增大时，相差较大，约33.15%。     

级配碎石无侧限抗压回弹模量影响因素分析

级配碎石具有不传递拉应力、拉应变的特性,能有效阻止半刚性底基层的反射裂缝,是一种性能优良的基层材料。该文通过室内试验得到了不同影响因素下级配碎石的模量值,并利用灰关联理论对级配碎石模量的各个影响因素进行了敏感性分析。结果表明:对级配碎石无侧限抗压回弹模量影响最大的因素是压实度,其次为细集料级配,含水量影响最小。此外,还首次提出了矿料级配的量化表征方法。     

分布式光纤应变传感技术在交通基础设施监测中的研究进展

交通基础设施安全关系到人类生命和财产的安全,实时掌握其健康状态,是交通基础设施安全可靠的重要保障。现概述了分布式光纤传感技术的分类,以分布式光纤应变传感技术为基础,对光纤封装、布设、协调机制、数据解析等关键技术问题进行了分析总结,并重点阐述了其在道路、桥梁、隧道中的工程应用情况。最后,对相关问题进行了展望。     

成都地铁4号线二期盾构隧道漂卵石专项勘察分析

为探索漂卵石地层地质勘察方法,查明成都地铁4号线二期工程西延段漂石分布、含量、粒径、强度等工程特性,通过现场井群降水、人工大口径探井开挖、钢筋混凝土护壁、井下地质编录和漂石的量测、现场K30试验、密度试验、取样和水文地质试验等综合方法,查明了漂石的空间分布、含量、粒径大小、形状、强度等特征以及漂卵石土的机床系数、天然密度、水文地质特性。从地质条件、周边环境、工程经验等综合考虑,分析了地铁隧道工法的选择、隧道埋深、盾构选型,预测施工中可能出现的岩土工程问题,并提出针对性的工程措施建议以及漂卵石地层勘察方法的选用建议。     

正交型立体交叉隧道的动力响应研究

随着更多复线工程的修建或者受地质条件、既有建筑物的限制以及城市地下空间综合开发的需求，不可避免的会出现许多近接或者交叉的隧道。为解决正交型立体交叉隧道结构地震动力响应特性及相互影响规律等问题，在单向El地震波作用下完成了3种地震烈度、5个工况的交叉隧道振动台试验，并分别对正交型立体交叉隧道中上跨和下穿隧道环向及轴向应变在不同加载工况下的应变峰值进行分析研究。试验结果表明: 1）地震烈度越高，隧道各特征点的地震环向应变越大，下穿隧道环向应变峰值整体大于上跨隧道；下穿隧道边墙部位向应变峰值最大，下穿隧道仰拱部分次之，其次是上跨隧道的仰拱与边墙部分应变峰值。2）当地震烈度较小时，两交叉隧道的环向应变峰值基本持平。3）当地震烈度较大时，下穿隧道的环向应变峰值远大于上跨穿隧道。下穿隧道轴向应变峰值整体大于上跨隧道，且上跨隧道仰拱轴向应变峰值最大，上跨隧道仰拱次之，上跨隧道与下穿隧道拱顶轴向应变峰值最小。最后对上跨隧道与下穿隧道的动力响应规律进行了对比分析。     

隧道涌水对围岩特性影响分析

地下水渗涌是影响隧道施工及建成运营的一个重要因素,隧道涌水引起力学、物理和化学作用,并影响围岩水力学和变形特性。隧道涌水将导致强度降低、膨胀、变形,以至于围岩失稳破坏。以长大深埋特长隧道为例,在分析隧道涌水特性的基础上,结合室内试验与现场监测,系统分析隧道涌水对围岩特性的影响,包括强度、围岩变形、膨胀性等。结果表明,隧道涌水量越大、岩体越破碎,其对围岩特性的影响越显著。     

FBG自感知预应力碳纤维板在桥梁加固中的应用

为监测自感知预应力碳纤维板在大跨度桥梁加固过程中的应力损失情况，对自感知预应力碳纤维板应力监测性能进行测试，分析温度、应力和长期监测对光栅中心波长的影响，并对应力损失计算方法进行优化。结果表明，自感知预应力碳纤维板的温度系数常数为8.08 pm/℃,线性相关度R²≥99.9%,应变系数为1.2;锁紧螺母卸除张拉工装时，应力损失约0.22%,3 d后应力损失约4.2%,并基本保持稳定。现场应用效果表明，自感知预应力碳纤维板能够有效监测桥梁的应力变化，具有良好的工程监测应用前景。     

铁路隧道运营维护中钢垫梁稳定性监测方法探究

为解决铁路隧道运营维护中钢垫梁的稳定性监测,以达到监测数据准确实时反馈,为既有线运营过程中施工安全提供参考依据,以某铁路隧道隧底整治工程为背景,采用精密光栅位移计配合光栅解调仪、GPRS 传输模块监测钢垫梁位移数据,静力水准仪配合采集软件监测钢垫梁沉降数据,利用计算软件实时分析以实现钢垫梁的稳定性监测,并采用TM50 测量机器人对钢垫梁上轨道坐标进行对比监测,并对比分析各项监测数据,验证其监测精度。提出了一套铁路隧道运营维护中钢垫梁稳定性的监测方法,解决了常规方法不能实时准确反馈监测数据的难题,为铁路隧道运营维护施工安全提供了保障。     

光纤应变传感器在桥梁应变监测上的应用研究

随着外界应力的变化,光纤应变传感器中干涉光发生相应移动,输出多个干涉明暗变化,光波相位发生改变。利用此特性,通过对干涉光相位的解调,就可以测出应变的大小。实验结果与理论分析证明,该测试系统具有结构简单、测量范围大、稳定性好、灵敏度和信噪比高等特点,其测试精度达1微应变。可满足土木工程结构健康监测的要求,特别为桥梁的应变监测提供了新方法。