一种基于分布式光纤的堤坝变形和渗流一体化监测装置及方法制造方法及图纸

一种基于分布式光纤的堤坝变形和渗流一体化监测装置及方法，属于岩土工程结构安全监测技术领域。这种监测装置及方法将弱光纤光栅固定在PVC管道外表面组成变形传感器，将铠装光纤缠绕在测斜管外表面并通过导线连接加热电源组成渗流传感器，两传感器之间通过环形夹具固定连接。该装置通过变形传感器测得测点的应变数据，运用逆有限元法还原管道结构变形，通过渗流传感器测量光纤沿程的温度分布，以温度场的异常来间接判断渗流的发生和定位，能够实时、长期的监测堤坝渗流和应变变化。该测量装置测量精度高，为岩土体结构变形和渗流一体化监测的发展提供了更便利、更有效的试验手段，具有良好的推广价值。具有良好的推广价值。具有良好的推广价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分布式光纤的堤坝变形和渗流一体化监测装置及方法


[0001]本专利技术属于岩土工程结构安全监测
，涉及一种基于分布式光纤的岩土体变形和渗流一体化监测装置，具体为适用于堤坝沉降和渗流监测的一种光纤传感器装置及方法。

技术介绍

[0002]土石堤坝在防洪体系起着至关重要的作用，它保护着堤坝两岸人民的生命财产安全，也是抵御洪水灾害的最大屏障。现土石堤坝数量众多，其中绝大多数存在修建年限过长、性能老化等现象，在其服役过程中常出现渗漏、沉降等灾害现象。实时监测堤坝的性能和变化有利于避免重大灾害，保证堤坝两岸人们的安全，因此堤坝在其服役过程中的安全监测日趋重要。土石堤坝的渗流、沉降问题尤为突出，为此，堤坝内部的渗流和坝体的滑移形变是作为堤坝监测的重中之重，监测结果对于堤坝的安全稳定性的评价提供数据支撑。
[0003]堤坝渗流发展为大的堤坝渗漏是缓变过程，因此需要长期的实时监测才能够更好的评估堤坝的安全性能，而且渗流引起堤坝的温度场变化是随机的，传统的点式监测无法满足监测要求，容易因漏检和难以实现渗流定位无法实施提前干预措施而发生灾害。将分布式的光纤传感技术应用在监测领域，可以对堤坝的温度和应变进行实时的、长期的和整体覆盖式的监测，有效的避免传统监测方法的缺点。利用分布式光纤传感器所具有的抗腐蚀性、抗电磁干扰和集信息的采集与传输于一体等独特优势，将其用于土石堤坝的渗流和变形监测研究，有着独厚的优势和远大前景。为此，本专利技术提出一种基于分布式光纤的堤坝变形和渗流一体化监测装置及方法。

技术实现思路
r/>[0004]本专利技术的目的是提供一种基于分布式光纤的堤坝变形和渗流一体化监测装置及方法，设备装置简单、工程实际安装操作方便，同时又能够实时、准确的监测到堤坝渗流和应变变化，解决了堤坝变形和渗流一体化测量的难题及难于实现整体式、实时和长期监测堤坝性能的难题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于分布式光纤的堤坝变形和渗流一体化监测装置包括变形传感器、渗流传感器和电源，所述变形传感器包含PVC管和设在PVC管表面的弱光纤光栅，渗流传感器包含测斜管和缠绕在测斜管上的铠装光纤，PVC管通过环形夹具滑入测斜管内壁的凹槽连接测斜管；电源电连接铠装光纤的两端。
[0006]具体的，所述PVC管的上、下表面各设置一根弱光纤光栅，弱光纤光栅的表面喷涂环氧树脂膜，两根弱光纤光栅的一个端部相互连接；
[0007]所述的铠装光纤采用光纤内芯外层包裹金属体的结构。
[0008]具体的，所述PVC管上套有环形夹具，环形夹具包含两个开口环，开口环采用扇形凸起两端各连接一个圆弧的结构，每个圆弧上设置一个固定栓，PVC管通过固定栓滑入测斜
管内壁的凹槽内连接测斜管。
[0009]具体的，用沿中性轴剖开的半个PVC管作为外壳将光纤盖住并用胶水固定进行封装保护，上下表面均布置一根光纤，再用光纤熔接机将上下表面光纤进行熔接，这样便可对上下表面测量的应变结果进行对照参考。
[0010]一种基于分布式光纤的堤坝变形和渗流一体化的监测方法，采用所述的监测装置，将弱光纤光栅连接光纤光栅解调仪，铠装光纤连接光纤解调仪并采用以下步骤：
[0011]变形监测：通过光纤光栅解调仪监测弱光纤光栅的应变数据，利用应变应力信息采用逆有限元法分析得到结构位移量，重建结构变形形状；
[0012]渗流监测：通过电源加热铠装光纤，铠装光纤将温度数据传输至光纤解调仪，利用温度场和渗流场的耦合关系，通过空间温度场分布式连续测量数据，实现堤坝渗流性状的分布式监测。
[0013]上述一种基于分布式光纤的堤坝变形和渗流一体化监测装置的使用过程，包括以下步骤：
[0014]第一步，首先制作并组装用于变形监测的传感器结构：
[0015]将弱光纤光栅预拉伸紧密贴合PVC管道外表面，并用高强速干胶水进行固结，待速干胶水完全凝固后，再在上面涂一层环氧树脂进行封装起到保护光纤的作用，上下表面均布置一根光纤再用光纤熔接机将上下表面光纤进行熔接，这样可对上下表面测量的应变结果进行对照参考。
[0016]第二步，制作并组装用于渗流监测的传感器结构：
[0017]将铠装光纤每隔一定的间距均匀缠绕测斜管外表面，并用速干胶水将光纤固定，将光纤两端通过导线连接加热电源，在完成上述两个步骤即完成变形和渗流传感器主要部分的安装。
[0018]第三步，现将组装完成的变形传感器和渗流传感器连接：
[0019]将环形夹具连接件通过旋转螺丝拧紧固定在PVC管道上，环形夹具凸起部分对准光纤布置位置，防止连接件压到管道上光纤影响应变的测量结果，然后将环形夹具连接件通过测斜管内部的凹槽滑入测斜管内部，将光纤连接光纤解调仪，这样便完成变形和渗流一体化监测装置的安装。
[0020]本专利技术的有益效果是：本专利技术装置利用光纤传感器所具有的抗腐蚀性、抗电磁干扰、耐久性好、测量精度高和集信息的采集与传输于一体等独特的优势，将变形传感器和渗流传感器通过环形夹具进行有效组装成一体化监测装置，可以实现对堤坝的变形和渗流一体化监测的目的。这种基于分布式光纤的堤坝变形和渗流一体化监测装置，能够实现整体覆盖式、实时和长期的监测岩土体的竖向沉降和渗流，用于土石堤坝的竖向位移和渗流的长期、实时监测。该测量装置安装方法简单，操作简便，且测量精度高，为岩土体结构变形和渗流一体化监测的发展提供了更便利、更有效的试验手段，具有良好的推广价值。
附图说明
[0021]图1为基于分布式光纤的堤坝变形和渗流一体化监测装置的结构图。
[0022]图2为基于分布式光纤的堤坝变形和渗流一体化监测装置的右视图。
[0023]图3为渗流传感器的主视图。
[0024]图4为变形传感器的立体图。
[0025]图5变形传感器的左视图。
[0026]图6为测斜管的左视图。
[0027]图7为环形夹具的侧视图。
[0028]图8为环形夹具的立体图。
[0029]图9为基于分布式光纤的堤坝变形和渗流一体化监测装置工作示意图。
[0030]图10为两节点逆梁单元结构iBeam3的示意图。
[0031]图11逆有限元法还原梁单元结构变形验证试验中千分表和逆有限元测量值对比图。
[0032]图12渗流速率与加热光纤温升关系验证试验中温度特征值与流速的线性拟合曲线图。
[0033]图中：101、测斜管；102、铠装光纤；201、PVC管；202、弱光纤光栅；300、环形夹具；301a、扇形凸起；301b、圆弧；302、固定栓。
具体实施方式
[0034]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行详细且清晰地描述。所描述的具体实施例仅是本专利技术众多实施例中的一部分，并不代表全部实施例。一般地，附图中所展示的本专利技术实施例的组件可以按照不同位置或组装方式进行安装并实施。基于本专利技术所描述的具体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式光纤的堤坝变形和渗流一体化监测装置，它包括变形传感器、渗流传感器和电源，其特征在于，所述变形传感器包含PVC管（201）和设在PVC管（201）表面的弱光纤光栅（202），渗流传感器包含测斜管（101）和缠绕在测斜管（101）上的铠装光纤（102），PVC管（201）通过环形夹具滑入测斜管（101）内壁的凹槽连接测斜管（101）；电源通过导线连接铠装光纤（102）的两端。2.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤的堤坝变形和渗流一体化监测装置，其特征在于，所述PVC管（201）的上、下表面各设置一根弱光纤光栅（202），弱光纤光栅（202）的表面喷涂环氧树脂膜，两根弱光纤光栅（202）的一端连接；所述的铠装光纤（102）采用光纤内芯外层包裹金属体的结构。3.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤的堤坝变形和渗流一体化监测装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞锐，何松云，樊群营，徐斌，周扬，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：