淺析巖土與地質工程中分布式光纖傳感技術,地質工程論文內容摘要：分布式光纖傳感是光纖傳感研究領域的熱門課題。在建筑構造、巖土和地質工程的監(jiān)測方面,分布式光纖傳感技術具有顯著優(yōu)勢,尤其是在巖石和地質工程監(jiān)測方面,它遠比傳統(tǒng)的電阻以及電感和振弦式傳感器等工程監(jiān)測技術愈加強大。文章在實踐基礎上,對最近幾年國內外分布式光纖傳感技術在混凝土構造健康、樁基工程、邊坡防護等方面的實踐和研究成果進行了梳理和總結,就其在巖土和地質工程領域的應用和發(fā)展前景做出了預測。本文關鍵詞語：分布式光纖傳感;巖土地質;監(jiān)測;Abstract：Distributedopticalfibersensingisahottopicinthefieldofopticalfibersensing.Thedistributedopticalfibersensingtechnologyhassignificantadvantagesinthemonitoringofconstruction,rockandgeologicalengineering,especiallyinthemonitoringofrockandgeologicalengineering,whichisfarmorepowerfulthanthetraditionalengineeringmonitoringtechniquesinresistance,inductanceandvibratingwiresensor.Onthebasisofpractice,thepaperreviewsandsummarizesthepracticeandresearchachievementsofdistributedopticalfibersensingtechnologyinthefieldsofconcretestructurehealth,pilefoundationengineeringandslopeprotectioninrecentyears,andforecastsitsapplicationanddevelopmentprospectsinthefieldofgeotechnicalandgeologicalengineering.Keyword：distributedopticalfibersensing;geotechnicalgeology;monitoring;近年來,光纖傳感技術發(fā)展較為迅速,遭到人們廣泛關注,一步步成為繼光纖通信產業(yè)之后發(fā)展起來的又一大光纖應用技術產業(yè),華而不實分布式光纖傳感技術是國內外當下研究的熱門問題之一[1]。分布式光纖傳感測量原理是利用一維光纖空間的連續(xù)測量技術。華而不實,光纖作為感應元件和傳遞元件,可用于沿光纖長度方向測量光纖的參數(shù),并獲得測量空間構成和隨時間改變的信息。分布式光纖傳感技術已廣泛應用于基于光纖拉曼散射或布里淵散射和頻域反射(R/B-OTDR/OFDR)、基于光纖瑞利散射的偏振光、反射技術(P-OTDR)的光時域反射領域,以及遠距離光干預技術、準分布式光纖布拉格光柵的重復應用技術等。最近幾年,隨著我們國家國民經濟長足發(fā)展,大量資金被投資到公路建設、鐵路建設、隧道建設等基礎工程設施中。為了保證工程安全,開展對工程本身健康評價以及對其安全監(jiān)控量測是非常必要的。當前的多數(shù)情況是我們都會對建筑設施(包括大型工程)進行監(jiān)測和測量。有時使用傳統(tǒng)的監(jiān)測和測量方式方法,如電感器或振動弦,但傳感器主要依靠電磁感應或振動,由金屬制成。這就可能受影響,假如巖土質量相對較差,有水分,則會生銹、耐久性差、接觸不良、導電性差。低存活率的缺陷導致很多自動監(jiān)測測量不能完成。傳統(tǒng)上,在均勻性布局中,上述方式方法有時被用來解決問題,但有時會丟失一些東西。隨著工程建設的需要,工程建設中安全監(jiān)測的發(fā)展遭到了控制。在巖土工程和地質經過中,二十世紀下半葉提出的分布式光纖傳感技術得以應用,它能夠在一個相對較新的項目中開發(fā)來監(jiān)測其安全性。與傳統(tǒng)的監(jiān)測技術和方式方法相比,光纖不僅僅是一種傳感介質,而且是一種通信信道,能夠在空間中連續(xù)測量。當光纖技術與被檢測物體接觸,被測物體變化時,它能夠同時獲得整個光纖變化或溫度的平面分布圖。假如網格被布置,則能夠獲得各種變形和溫度信息數(shù)據(jù)。它更有利于分析構造在力和形狀上的變化,具有靈敏度高、抗磁場強度強、絕緣性好、長期使用好等優(yōu)點。由于分布式光纖傳感監(jiān)測技術的眾多優(yōu)點,利用巖土工程地質安全監(jiān)測是非常有利的,這就引起了工程界眾多學者的關注。1分布式光纖傳感技術的概述光纖傳感這種技術,主要是通過測量光纖傳輸光中一些如強度的、相位相關的參數(shù)變化,來實現(xiàn)對環(huán)境參數(shù)的測量。分布式光纖傳感技術是光纖傳感技術最具前景的技術之一,主要是由于它具有可重復使用和傳輸距離較遠等特點,另外這也是光纖傳感、監(jiān)測這種技術的發(fā)展趨勢。華而不實,光纖布拉格和光柵傳感技術,這兩種分布式光纖傳感技術(brillouinoptictimedomainreflectometry,BOTDR)是最具有前沿性的[2]。在巖土工程和地質工程中,分布式光纖傳感技術在華而不實起著較為重要的作用,是一種全新的工程安全監(jiān)測技術,在檢測工作中要用到相關的光纖變形監(jiān)測系統(tǒng),以及相關的光波干預測量基礎原理。這種技術能夠對建筑構造的變形進行詳細分析,且應用光纖技術防護對相關的管道進行保衛(wèi)。這樣就能夠對構造工程中的溫度變化監(jiān)測分析,且實現(xiàn)一定的控制目的。分布式光纖傳感技術有很高的應用價值,其工作經過中主要通過傳播介質的形式,來檢測空間信息,根據(jù)所得結果而制定相對應的數(shù)據(jù)分布圖。這種傳感器的特征表現(xiàn)為靈敏度較高、導電性能差和有很高的抗干擾能力,在地質工程的監(jiān)測經過中有很高的應用價值。2分布式光纖傳感器在巖土與地質工程監(jiān)測中應用2.1混凝土構造監(jiān)測根據(jù)土木工程的相關知識,鋼筋混凝土的性能和巖土工程的質量存在明顯的關系,其對整個工程的安全穩(wěn)定也會產生一定的影響。當混凝土構造情況變化時,對應的建筑工程質量會出現(xiàn)同樣的變化,能夠通過分布式光纖傳感技術對這種構造檢測進行分析,根據(jù)所得結論確定出混凝土構造的缺乏,然后進行適當?shù)母牧己途S護,知足工程施工的相關要求。在這里經過中,假如鋼筋銹蝕,則能夠通過技術的檢測分析,為實現(xiàn)相關的監(jiān)測工程質量目的打下良好的基礎。在施工現(xiàn)場環(huán)境不知足要求的情況下,能夠通過這種技術為健康監(jiān)測提供可靠的支持,且根據(jù)所得結果制定相應的保障方案,對相關巖土工程和地質工程進行科學規(guī)范的檢測。前期,有學者進行了水電站的地質平峒裂縫監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)通過光纖的組合能夠實現(xiàn)多量程、高精度的觀測,為將分布式光纖應用于混凝土構造裂縫監(jiān)測提供了難得珍貴的經歷體驗[3]。通過這一技術,明確相關的缺陷,提出愈加有效的解決方案,確保巖土工程和地質工程監(jiān)測工作正常有序進行下去,確保了項目質量。2.2邊坡監(jiān)測地質災禍監(jiān)測是一項復雜的工作,其和地質、測量、幾何等密切相關,在檢測經過中應用集合了這些技術的檢測系統(tǒng)。這一技術是在二十世紀下半葉才開場發(fā)展起來的。分布式光纖傳感技術是工程測量領域中的一項高新技術,光纖傳感器以光為信息的載體,能夠很好地知足相關的檢測要求,具有穩(wěn)定性高、耐久性好、敏感性較高、反響快、質量小等特點。我們國家很早就開場應用分布式光纖傳感技術,主要使用于滑坡方面的監(jiān)測,效果比擬明顯。通過對光纖傳感在滑坡的監(jiān)測中進行使用,積累的經歷體驗還有技術方式方法以及監(jiān)測方式方法的研究,為工程質量打下良好的基礎。構造工程中邊坡工程質量和附近的建筑質量明顯相關,其對周圍高速公路等區(qū)域的安全也會產生一定的影響。假如邊坡監(jiān)測工作的質量達不到要求,則可能導致出現(xiàn)滑坡、泥石流等相關問題,產生一定的危害,這就要求在施工經過中要進行巖土工程地質監(jiān)測,且要應用到各種檢測設備,如將分布式光纖埋設到工程建筑中進行監(jiān)測,然后根據(jù)所得的結果分析判定,制定有效的解決辦法,為工程的質量和安全性打下良好的基礎。另外,在開展這方面的安全監(jiān)測工作時,應該進行全方面的分析和判定,且在充分考慮到周邊土質因素的基礎上,進行一定的排序處理,確定其影響大小。綜合不同因素,制定出不同的監(jiān)測方案,且進行一定的優(yōu)化改良,更好地知足應用要求。只要這樣,監(jiān)測工作和基礎設計工作等密切的結合起來,才能夠更好地發(fā)揮協(xié)同作用,為工程目的實現(xiàn)提供支持。假如巖土工程相關的檢測結果很準確且精度高,則能夠發(fā)揮出積極的應用價值。而施工經過中應該對施工現(xiàn)場進行監(jiān)測和設計,同時根據(jù)要求進行一定的判定分析,采取適當?shù)拇胧?為保衛(wèi)工作提供一定的支持和幫助。如在北川縣西山坡滑坡群監(jiān)測和香港新界鹿徑道公路邊坡監(jiān)測中運用光纖傳感技術,分析了部分光纖監(jiān)測成果,總結了光纖監(jiān)測技術在邊坡現(xiàn)場應用的經歷體驗[4]。2.3鉆孔灌注樁監(jiān)測鉆孔灌注樁是很多樁基類型中的一種,樁基的好壞直接關系上部構筑物的穩(wěn)定與安全。鉆孔灌注樁由于在地下,屬于隱蔽工程,工序比擬多樣,在地質條件復雜且難判定情況下,其質量控制難度比擬大,稍有疏忽,容易出現(xiàn)樁體收縮、膨脹、淤泥、斷樁、礦渣相對厚度不平衡和鋼籠脫位等質量缺陷,影響樁的完好性和T樁的承載力。因而,鉆孔灌注樁質量檢測與評價是樁基工程中非常必要的工作,也是一項技術難度較大的中間環(huán)節(jié)[5]。當前,鉆孔灌注樁基礎常用的檢測技術有樁基靜載試驗、樁基動力法監(jiān)測和超聲波檢測[6]。靜載試驗的方式方法是當下確定鉆孔灌注樁還有單樁豎向抵抗的抗壓力最常用的技術方式方法。在靜載荷試驗經過中,測量了樁在各級荷載作用下的應變效應,了解了樁的承載機理,并在樁中埋設了各種鋼制應力計、應變儀等傳感器元件。然而,傳統(tǒng)的點式傳感器具有下面缺點:埋藏的比擬少時,容易檢測不全;埋設時間過長時,會對樁的承載力造成不良影響。另外,傳動感應器與傳導線的結合容易造成檢測點的缺乏和成活率不高,便不能發(fā)揮良好的作用。如采用樁基動力測量和超聲波檢測作為間接測試方式方法,這兩種方式方法檢測動態(tài)成分高,易受外界環(huán)境干擾,靜載荷試驗的測試精度難以到達。而布里淵光時域反射計(BOTDR)是一種全面布置的檢測系統(tǒng),比擬先進,具有全面布置功能,還能夠在一端檢測,沒有閉合,相距較遠,耐用性較好,抗外部影響,跟被測量物很好配合等優(yōu)點,能夠把點式檢測技術存在的缺乏進行改良,已成為一些全球走在前面的國家爭相研究的一項前沿攻關技術[7]。3結論隨著科學技術的不斷向前發(fā)展,國內外很多專業(yè)技術人員已經進入這一領域,對分布式光纖傳感技術在巖土工程和地質工程中的研究有了初步探尋求索。通過對巖土工程、地質領域進行的大量研究,發(fā)現(xiàn)這一技術的實際應用具備了很大的發(fā)展空間,十分是在巖土工程安全監(jiān)測和評價的經過中,突出具體表現(xiàn)出了應用的廣度和深度。但是,以下問題需要進一步深切進入研究:一是對光纖監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的后處理方式方法研究,對異常的數(shù)據(jù)產生原因分析;二是分布式傳感技術的關鍵器件還有集成以及工程監(jiān)測和診斷等。希望以上兩個問題成為將來光纖傳感技術研究的重點,并加以解決。以下為參考文獻[1]劉鐵根,于哲,江俊峰,等.分立式與分布式光纖傳感關鍵技術研究進展[J].物理學報,2021,66(07):48-64.[2]杜柯.巖土與地質工程中分布式光纖傳感技術研究進展[J].世界有色金屬,2021,(01):66-68.[3]殷建華,崔鵬,裴華富,等.基于光纖傳感技術的邊坡監(jiān)測系統(tǒng)的應用[J].蘭州大學學報(自然科學版),2018,(47)(增刊1):290-292.[4]陳池,柯賢金,蔡