基于分布式光纤传感技术的堤坝渗流模拟系统设计
分布式光纤传感监测技术 在堤坝安全监测中的应用与展望
应用与展望
交 通
隧道、地铁、公路的火灾监测和报警 隧道及地铁顶部结构安全监测 公路、铁路路基监测 路面的结冰探测，铁路监测 石油、天然气输送管线或储藏罐泄漏监测，防盗监测 油库、油管、油罐的温度监测及故障点的检测 煤矿的温度监测，位移及应用安全监测 电力电缆的表面温度检测监控、事故点定位 电缆隧道、夹层的火情监测 发电厂和变电站的升温温度监测、故障点的检测和火灾报警 大坝、河堤、建筑、桥梁的混凝土固化与养护温度应变测试 大坝、建筑位移、应变测试 河流及湖泊底部地理变化监测 光纤通讯信号窃听监视，垃圾处理站温度监测，山体滑坡监测 光纤光缆生产在线控制，光缆维护，工作光缆应变监测，光纤掺杂物测量 热、通风和空气条件（HVAC），外界海洋，森林，野外场所的长期温度测量
无法捕获故障信息
能够捕获故障信息 在构件失效前进行维护
分布式监测系统能够获取全部的结构完整性信息
分布式光纤传感 技术在大坝中施 工中的温度监测
分布式光纤传感技术在大坝中 施工中的温度监测结果
BOTDR技术在三峡库区 巫山残联滑坡监测的应用
三峡库区巫山残联滑坡下部
BOTDR监测应变沿光纤分布图
VB CVT T CV
T －温度变化量
－应变变化量
100 PB C PT T C P PB (T , )
CV －Brillouin频移应变系数
PB －Brillouin功率变化量
C PT －Brillouin功率温度系数
C P －Brillouin功率应变系数
BOTDR技术 （基于Brillouin光时域反射）
分布式 光纤传感 技术
BOTDA技术 （基于Brillouin光时域分析）
BOFDA技术 （基于Brillouin光频域反射）
基于分布式光纤传感的堤坝形变监测系统设计
基于分布式光纤传感的堤坝形变监测系统设计朱萍玉;冷元宝;王少力;蒋桂林【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2009(36)1【摘要】Aim at solving online hidden deformation monitoring problems for the embankment dams with long distance and large area,a monitoring system using distributed stimulated Briilouin scattering optical fiber sensing is proposed.Data acquisition principle of the distributed optical fiber sensing instrument is briefly introduced and Data Flow Diagrams (DFDs) is analyzed.Take the Yellow River embankment dam as an example of being monitored.The monitoring system based on DiTeSt-STA202,which is a distributed optical fiber sensing instrument made by Omniscns,is constructed.The database of monitoring system consists offourparts,original data from sensors,database,user output,and user operations,which can process and manage these data including real-time monitoring and previous posted data.It also provides important information and guide for the expert decision-making system of embankment dam safety monitoring and maintenance.%针对大型堤坝长距离,大范围和形变隐患实时监测的难题,本文提出采用分布式受激布里渊散射光纤传感技术的监测系统,介绍了分布式光纤传感实验仪的数据采集原理,分析了数据结构流程,以黄河堤坝的监测为例,构建了基于Omnisens的DiTeSt分布式光纤传感仪的监测系统;监测系统的数据库由原始传感数据源、数据库、用户输出和用户操作四部分组成,能对实时监测和历史数据进行处理和管理,为堤坝安全监控专家系统提供重要资料和决策依据.【总页数】6页(P57-62)【作者】朱萍玉;冷元宝;王少力;蒋桂林【作者单位】湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室,湖南湘潭,411201;水利部堤防安全与病害防治工程技术研究中心,郑州450003;湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室,湖南湘潭,411201;湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室,湖南湘潭,411201【正文语种】中文【中图分类】TP212.14.TN247【相关文献】1.分布式光纤传感器监测堤坝隐患试验研究 [J], 肖德斌;石玢2.分布式光纤堤坝形变监测试验研究 [J], 张清明;周杨;冷元宝3.基于SAR的洞庭湖堤坝形变监测方法研究 [J], 袁会林;谭三清;李建辉;曾荣亮;杨振兴4.基于分布式光纤传感的堤坝安全监测技术及展望 [J], 冷元宝;朱萍玉;周杨;王送来5.基于分布式光纤传感技术的堤坝渗流模拟系统设计(英文) [J], 朱萍玉;LucThévenaz;冷元宝;周杨因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于光纤监测技术的堤防渗漏试验研究
截 至 ２０ ０ ８年 底 ， 国 已建 成 江河 堤 防 ２ ．９万 ｋ 这 些 堤 我 ８６ ｍ，
渗漏进水 口和出水 口布置在箱体的正 中间 ， 进水 口距离箱 体底 部 ０ ８ｍ， ． 出水 １ ３距离箱体底部 ０ ２ 在距离箱体首尾 ０ ５ｍ ．５ｍ， ．
处分别埋设两条监测 光纤 ， 首端 的光纤按 每层距离 为 １ ｍ布 ０ｃ
组渗漏 流量控制在 １０ｃ ｓ每隔 １ ｉ ３ ｍ ／ ， ０ｍ ｎ自动测试一次 ， 共测
试 ３组数据 ； ３组渗漏流速控制在 ２ ０ｃ ｓ每 隔 １ ｎ自 第 ５ ｍ ／ ， ０ｍｉ
动 测 试 一 次 ， 测 试 ６组 数 据 。 共
１ ３ 试 验 材料 及设 备 ．
采用 黄河堤防 的土体 原样进 行试 验 。主 要技术 设备 及附 件： 瑞士 ＤＴ Ｓ — Ｔ ２ ２光纤 传感 分析 仪 、 ｉｅ ｔ Ｓ Ａ ０ 光纤 熔接 机 、 Ａ Ｑ Ｚ Ｊ
量 为 ２ ０ｃ ｓ时， ５ ｍ ／ 土体有不 同程度 的塌 陷 出现。 关 键 词 ：分布式光纤 ；渗 漏监测 ；土体 温度 ；黄 河 堤 防
文 献 标 识 码 ： Ａ ｄｉ１ ．９ ９ｊｉ ｎ １０ －３ ９ ２ １ ．９ ０ ７ ｏ：０ ３６ ／． ｓ．０ ０１７ ．０ ００ ．４ ｓ 中 图分 类 号 ：Ｔ ６ ８ １ Ｖ ９ ．
第 ３ 第 ９期 ２卷
２１ ０ ０年 ９月
人
民
黄
河
Ｖｏ ． ２． １３ Ｎｏ． ９
ＹＥ Ｌ Ｌ ０Ｗ ＲＩ ＥＲ ＶΒιβλιοθήκη Ｓ ｐ．， ０１ ｅ ２ ０
【 利 水 电工 程 】 水
基 于 光 纤 监测 技 术 的堤 防 渗 漏 试 验 研 究
基于分布式光纤测温技术的堤坝渗漏监测
基于分布式光纤测温技术的堤坝渗漏监测何宁;丁勇;吴玉龙;周彦章;李登华;何斌【摘要】渠道堤坝普遍存在渗透变形及渗漏破坏等工程问题,传统大坝及岸堤安全监测技术测点分散、容易漏测.在介绍分布式光纤测温技术原理的基础上,通过室内试验和现场原型试验,开展了分布式光纤测温技术方法比选、测量精度和稳定性分析、渗漏监测及分析方法、常规监测技术对比分析、工程实践应用等研究,论证了分布式光纤测温技术应用于堤坝渗漏监测的可行性和适用性.布里渊测温系统受温度和应变影响,测值波噪明显,光纤埋设及保护要求较高,拉曼测温系统可测得绝对温度,其测温稳定性及精度均优于布里渊测温系统;加热法和梯度法监测渠道堤坝渗漏在技术上均可行;分布式光纤测温技术具有监测距离长、空间分辨率高、远程线性测量等特点,在渠道堤坝渗漏监测实践应用中具有显著的技术优势.【期刊名称】《水利水运工程学报》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】8页(P20-27)【关键词】分布式光纤测温;堤坝;渗漏;室内试验;现场原型试验【作者】何宁;丁勇;吴玉龙;周彦章;李登华;何斌【作者单位】南京水利科学研究院,江苏南京210029;南京理工大学,江苏南京210094;南京理工大学,江苏南京210094;南京水利科学研究院,江苏南京210029;南京水利科学研究院,江苏南京210029;南京水利科学研究院,江苏南京210029【正文语种】中文【中图分类】TV641.2;TU41何宁，丁勇，吴玉龙，等.基于分布式光纤测温技术的堤坝渗漏监测［J］.水利水运工程学报，2015（1）：20－27.（HE Ning，DING Yong，WU Yu⁃long，et al.Experimental study of distributed optical fiber temperature measurement technology for measuring leakage in embankment dam ［J］.Hydro⁃Science and Engineering，2015（1）：20－27.）我国现有堤防总长近30万km，其中江河干堤总长约6万km；已兴建各类水库大坝近9万座，其中90%以上为土石坝［1－2］，江河渠道堤防、水库大坝在防汛抗旱、农业灌溉、供水及发电等方面发挥着巨大的社会经济效用。
分布式光纤温度传感监测技术在水利大坝上的应用
分布式光纤温度传感监测技术在水利大坝上的应用分布式光纤温度传感监测技术在水利大坝上的应用(1)摘要：本文简述了分布式光纤监测技术在我国大坝安全监测中的应用情况；详细阐述了两类分布式光纤监测系统的原理、主要特点及性能；对今后分布式光纤监测技术的发展作了展望。
关键词：分布式监测光纤1、我国大坝分布式光纤监测技术应用概况20世纪70年代，光纤监测技术伴随着光导纤维及光纤通信技术的发展而迅速发展起来。
与传统的监测技术相比，光纤监测技术有一系列独特的优点：（1）光纤传感器的光信号作为载体，光纤为媒质，光纤的纤芯材料为二氧化硅，因此，该传感器具有耐腐蚀，抗电磁干扰，防雷击等特点，属本质安全。
（2）光纤本身轻细纤柔，光纤传感器的体积小，重量轻，不仅便于布设安装，而且对埋设部位的材料性能和力学参数影响甚小，能实现无损埋设。
（3）灵敏度高，可靠性好，使用寿命长。
分布式光纤监测技术除了具有以上的特点外，还具有以下二个显著的优点：（1）可以准确的测出光纤沿线任一点的监测量，信息量大，成果直观。
（2）光纤既作为传感器，又作为传输介质，结构简单，不仅方便施工，潜在故障大大低于传统技术，可维护性强，而且性能价格比好。
我国从20世纪90年代后期在新疆石门子水库首次利用分布式光纤监测技术测量碾压砼拱坝温度以来，至今已有多个工程应用，并且，我国已有专门从事分布式光纤监测仪器设备制造厂——宁波振东光电有限公司，发展极为迅速。
由于水电水利工程中有许多物理场需要监测，如温度场、应力场、位移场、渗流场，等等。
以往采用单点监测方法，测点少，成果不直观，需要通过分析才能最终了解场的情况，这种传统的单点监测方法不仅费工、费时、费钱，而且效果也不理想。
而如果采用分布式光纤监测技术就可以准确地测定光纤沿线任一点上的温度、应力和位移，信息量大，成果直观。
如果将光纤按一定的网络铺设，可实现对大坝安全的全方位监测，可以克服传统点式监测容易漏测和渗流难以定位的弊端，极大提高安全监测的有效性，如俄罗斯萨扬.舒申斯克重力拱坝，内部仪器埋设达2500多支，竟未测出坝基长达486m的水平缝，直至该缝向坝内延伸20余米，引起廊道漏水才被发觉，这充分说明点式监测的局限性，因此，分布式光纤监测技术倍受青睐。
基于分布式光纤传感技术的渗流监测理论研究
第29卷第10期 岩 土 力 学 V ol.29 No.10 2008年10月 Rock and Soil Mechanics Oct. 2008收稿日期：2006-12-13基金项目：国家“948”项目（No. 200109）资助。
作者简介：肖衡林，男，1977年生，博士，主要从事渗漏监测及土工合成材料应用、地基处理等方面的教学和研究。
E-mail:bluesilence110@文章编号：1000－7598－(2008) 10－2794－05基于分布式光纤传感技术的渗流监测理论研究肖衡林1, 2，鲍 华3，王翠英2，蔡德所4（1.中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，武汉 430071；2.湖北工业大学 土木工程与建筑学院，武汉 430068；3.铁道第四勘察设计院，武汉 430063；4.武汉大学 土木建筑工程学院，武汉 430072）摘 要：从阐述多孔介质传热过程出发，逐一分析了在非渗流及渗流情况下，光纤与多孔介质之间的传热过程，详细分析了光纤与水流对流的传热过程，推导了多孔介质中渗流水和光纤之间的换热系数计算公式。
在一定假设条件下，推导了导热系数（渗流流速）、加热功率和温升的非渗流情况与渗流情况监测理论方程，为分布式光纤传感技术监测渗流的应用提供了坚实的理论基础。
关 键 词：分布式光纤传感技术；渗流监测；监测理论 中图分类号：TV 698.1+2 文献标识码：AResearch on theory of seepage monitoring based on distributed optical fiber sensing technologyXIAO Heng-lin1, 2, BAO Hua 3, WANG Cui-ying 2, CAI De-suo 4(1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China; 2. School of Civil Engineering and Architecture, Hubei University of technology, Wuhan 430068, China; 3. The Fourth Survey & Design Institute ofChina Railway ,Wuhan 430063, China; 4. School of Civil and Architectural Engineering, Wuhan University, Wuhan 430072, China)Abstract: Starting with expatiating the heat transfer process of porous medium, heat transfer process between optical fiber and porous medium on non-seepage condition and seepage condition is analyzed one by one. The process of convection heat transfer between optical fiber and seepage is studied detailedly. The formulas of calculating heat transfer coefficient between optical fiber and seepage in the porous medium are deduced. Based on some hypotheses, the theoretical equation of seepage monitoring about thermal conductivity (seepage velocity), heating power, and temperature rise are deduced, which offers the steady theoretical foundation for the application of this technology.Key words: distributed optical fiber sensing technology; seepage monitoring; monitoring theory1 引 言埋设于多孔介质中的加热光纤通过对本身温度的分布式测量，从而实现对多孔介质中渗流的监测，它的基本理论依据是：在渗流发生的位置，光纤和多孔介质之间热量的传递项多了与水之间的热传递和热对流项，从而导致与非渗流处的温差的出现。
基于分布式光纤传感的堤坝安全监测技术及展望
安 全 监 测 系统 设 计 建 议 ， 结论 有 益 于 指 导 构 建 新 的 基 于 分 布 式光 纤技 术 的 堤 坝 安 全 监 测 系统 ．
关键词 分布式光纤传感 ， 漏和形 变， 测 ， 坝 ， 渗 监 堤 温度 文 献 标 识 码 Ａ 文章 编 号 １ ０ — ９ ３ ２ ０ ） ３ １ ０ ５ ０ ４ ２ ０ （ ０ ７ ０ — Ｏ 卜Ｏ
维普资讯
第 ２ ２卷
第 ３期
地
球
物
理
学
进
展
Ｖ ｏ ． ＮＯ． １ ２２ ３
２０ ０ ７年 ６月 （ 码 ：０ １ １ ０ ） 页 １０ ～ ０ ５
ＰＲ（ ＧＲ ＥＳＳ Ｉ ） Ｎ Ｇ ＥＯＰＨ ＹＳＩ ＣＳ
Ｊ ｎ ２ ０ ｕｅ ０７
３ 湖 南科 技 大学 机 械 设 备 健康 维 护 湖 南 省重 点 实验 室 ， 潭 ４ １ ０ ） ． 湘 １ ２ １
摘坝 的性 态 ， 保 证 堤 坝 安 全运 行 的基 础 ． 此 ， 要 一 种 实 时 监 测 系统 对 堤 坝 进 行 监 测 ． 准 是 因 需
中 圈 分 类 号 Ｔ ９ ＴＶ ９ Ｎ２ ， ６ ８
Ｍ ｏ ｔ ｒｎ ｅ ｈ ｌ ｇ ｏ ｍ ｂ ｎ ｎｉｏ ｉ ｇ ｔ ｃ ｎｏ ｏ ｙ ｆ ｒ ｅ ａ ｋｍ ｅ ａ ｓ ｆ ｔ ａ ｅ ｎ ｎｔｄ ｍ ａ ｅ ｙ ｂ ｓ ｄ ｏ
ｄ ｓｒｂ ｔ ｄ ｏ ｉａ ｉ ｒ ｅ ｉ ｎ ｔ ｏ ｐ ｃ ｉ ｔ ｉ ｕ ｅ ｐｔｃ ｌｆ ｂ ｅ ｓ ｎｓｎｇ ａ ｄ ｉｓ ｐｒ ｓ ｅ ｔ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｋ ｎ ｓｒ ｃ ｏｗ ｉｇ ｈｅ ｏ ｒ ｔｎｇ ｃ ｄｉｉ ｎ ｏｆａ ｍ ｂ ｎｋｍｅ ｍ ｘ ｃ ｌ ｓｔ ａｓ Ｏ ｇｕａ ａｎ ｅ ｔ ｔ ｅ ａｔ ａ ｅ ｎ ｔ ｐｅ ａ ｉ ｏｎ ｔｏ ｎ ｅ ａ ｎｔｄａ ｅ ａ ｔｙ ｉ ｈｅ ｂ ｅ ｔ ｒ ｔ ｅ ｉ Ｏ ｏｐ ｒ ｅ ｓ ｆ — ｌ Ｔｈｅ ｅ ｉ ｏ ｉ ｅ ｄ ｆ ｅ ｌｔｍ ｅ ｍｏｎｉｏｒｎｇ ｓ ｔ ｍ ｓｆ ｍ ｂａ ｍ ｅ ｍ ｓ ｄｕ Ｏ ｐｒ ｌ ｓｏｆｈｉ ｅ ａｎ ｙ． ｒ ｓａ ｇｒ ｗ ｎｇ ｎ ｅ ｏｒｒ ａ— ｉ ｔ ｉ ｙｓ ｅ ｏｒｅ ｎｋ ｎｔｄａ ， ｅ ｔ ｏｂｅｍ ｄｄ ｎ ｄ — ｇｅ ｓ Ｔ ｈｅｍ ａ ｎ ｄｅ ｅ ｔｏ ａｒ ｍ ｅ ｅ ｓ ｆ ｒ ｈｅ ｔ ｒ． ｉ ｔ ｃ ｉｎ ｐ ａ ｔ ｒ ｏ ａｌｈ ｍｏｎｉｏｒｎｇ ｏｆａ ｍ ｂａ ｔ ｉ ｎｅ ｎｋｍｅｎ ｍ ｒ ｎａｙｚ ｄ． Ｔ ｈ ｉｃ ｐｌ — ｔｄａ ａ ｅ ａ ｌ ｅ ｅ ｐｒｎ ｉ ｅｏｆｏｐ ｅ ａ ｉ ｆａｍ ｏｎｉｏ ｉｇ ｔ ｃ ｒ ｔｎｇ ｏ ｔ ｒｎ ｅ ｈｎｏ ｏ ａ ｅ ｎ ｄ ｓ ｒｂｕｔ ｄ ｆｂｅ ｅ ｉ ｏ ｍ ｂａ ｍ ｅ ａ ｓ ｅ ｙ ｉ ｎｔｏ ｌ ｇｙ ｂ ｓ ｄ ｏ ｉｔ ｉ ｅ ｉ ｒｓ ｎｓｎｇ ｆ ｒｅ ｎｋ ｎｔｄ ｍ ａｆ ｔ ｓｉ ｒ ｄｕｃ ｄ． Ｒｅ ｅ ｅ ｃ ｎｔ ａ ｌｃ ｉｎ ｏ ｈｅ ｔ ｃ ｏｌｇｙ ｉ ｒ ｓ ｎｔ ｄ． Ｔｈｅ ｐｒ ｓ ｃ ｈ ｐｐ ｉａ ｉ ｈ ｅ ｈｎ ｏｇ ｆｄｉｔｉ ｕｔ ｄ ｆｂｅ ｅ ｓ ｐｐ ｉａｔｏ ｆ ｔ ｅ ｈｎ ｏ ｓ ｐ ｅ ｅ ｅ ｏ ｐｅ ｔｏｆｔ ｅ ａ ｌｃ ｔｏｎ ｏｆｔ ｅ ｔ ｃ ｏｌ ｙ ｏ ｓ ｒｂ ｅ ｉ ｒｓ ｎ — ｉｇ ａ ａｐ ｅ Ｏ ｔ ｔ ｃ ｉｎ ｏ ｅ ｐ ｇｅ ｆｏｗ ｎｄ ｍ ｏｖ ｍ ｅ ｎ Ｃｈｉ ｓ ｂ ｅ ｓ ｕｓ ｅ ｎ ｄ ｔ ｄ ｔ ｈｅｄｅ ｅ ｔｏ ｆｓ ｅ ａ ｌ ａ ｅ ｎｔｉ ｎａ ｈａ ｅ ｎ ｄｉｃ ｓ ｄ． Ｓｏｍ ｅｗ ｅ ｋ ｐ ｎｔ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｏｉ ｓ ｉ ｕ ｒ ｎｔ ｓｆ ｔ ａ ｅ ｙ ｍｏｎｉｏ ｉ ｎｓ ｒ ｅ ｔｂ ｅ ｓ ｒｂｕ ｅ ｔ ｒｎｇ ｉ ｔｕｍ ｎ ａｓ ｄ ｄｉｔｉ ｔ ｄ ｏｐｔｃ ｉ ｒｓ ｎｓｎｇ ｔ ｃ ｏｌｇｙ ｆ ｈ ｏ ｌｅ ｂａ ｉａｌｆｂｅ ｅ ｉ ｅ ｈｎ ｏ ｏｒｔ ｅ ｓ ｉ ｍ ｎｋｍ ｅ ｔｄ ｍ ｓｐｒ ｓ ｎ ｎ ａ ｉ ｅ ｅ —
基于分布式光纤传感的堤坝安全监测技术及展望
摘 要 及时 、准确地掌握堤坝的性态 ,是保证堤坝安全运行的基础. 因此 ,需要一种实时监测系统对堤坝进行监测. 分析了堤坝健康监测的主要内容 ,介绍了分布式光纤传感技术的工作原理及使用现状 ;探讨了分布式光纤传感技术 在我国堤坝渗流和形变中的应用 ;指出了分布式光纤传感技术在土堤坝使用中存在的问题 ,并给出了新的堤坝长期 安全监测系统设计建议 ,结论有益于指导构建新的基于分布式光纤技术的堤坝安全监测系统. 关键词 分布式光纤传感 ,渗漏和形变 ,监测 ,堤坝 ,温度 中图分类号 TN29 , TV698 文献标识码 A 文章编号 100422903 (2007) 0321001205
散射 ( backward Brillo uin scat tering ,BBS) 的 Bril2
lo uin 频移最大 ,并由下式给出[12 ] :
υ B
= 2 nυA /λ0 ,
(1)
其中 υ, B 为 Brillo uin 频移 , n 为光纤纤芯折射率 ,υA
为声速 ,λ0 为泵浦光的波长. 光纤中 Brillo uin 散射
Abstract Knowing t he operating conditio n of an embankment dam exactly is t he base to guarantee it to operate safe2 ly. There is a growing need fo r real2time monito ring systems fo r embankment dams , due to p roblems of hidden dan2 gers. The main detectio n parameters for healt h monito ring of an embankment dam are analyzed. The p rinciple of op2 erating of a monito ring technology based o n dist ributed fiber sensing fo r embankment dam safety is int roduced. Recent application of t he technology is p resented. The p ro spect of t he applicatio n of t he technology of dist ributed fiber sens2 ing adapted to t he detectio n of seepage flow and movement in China has been discussed. Some weak point s in current safety monito ring inst rument based dist ributed optical fiber sensing technology fo r t he soil embankment dam is p resen2 ted. Helpf ul suggest s are given to design next generation inst rument s , which p rovides a guide to co nst ruct a new safe2 ty mo nitoring system fo r an embankment dam. Keywords dist ributed optical fiber sensing , seepage flow and movement , monitoring , embankment dams , tempera2 t ure
基于分布式光纤感测技术的超深地下连续墙接缝渗漏监测系统
基于分布式光纤感测技术的超深地下连续墙接缝渗漏监测系统【摘要】地下连续墙作为城市轨道交通工程中地铁车站最常用的一种围护结构形式，具有施工噪音低、墙体刚度大、工效高、经济效益高等优点，但因现阶段施工工艺的局限性，其需进行分幅施工，接缝处为渗水频发区；在基坑开挖期间接缝渗漏水为重大风险源，如何提前监测到开挖作业面处地下连续墙接缝是否存在缺陷尤为重要，本文就一种新型基于光纤感测技术的监测方法应用进行分析及总结。
【关键词】地下连续墙；接缝渗漏水；分布式光纤；感测技术1、概述随着城市的发展,城市轨道交通车站工程施工的基坑挖掘深度因使用性能不断加深,被广泛用于地下车站围护结构的地下连续墙也随之加深，超深地下连续墙地质情况相对复杂，施工难度大，地下连续墙接缝处理质量难以保证。
现阶段地铁车站在基坑土方开挖期间地下连续墙渗漏水现象较为普遍，但随着基坑开挖深度加深，基坑内外水压差增大，若不能及时对地下连续墙接缝渗漏水进行处理，将会出现涌泥涌砂现象，极大地增加了基坑开挖风险。
传统的监测方法中使用最为广泛的是采用水准仪、全站仪进行地面水平位移、地面沉降监测；采用埋设测斜管的方式，人工获取地连墙体的水平位移；采用轴力计进行混凝土支撑、钢支撑的轴力的监测。
这些方法虽然可以满足监测精度的需要，但是普遍存在智能化程度不高、耗费人力成本大等缺点。
相比普通基坑，超深大基坑具有很强的区域性、综合性及较强的时空效应，同时施工周期较长，常常经历多次降雨、周边堆载、振动等许多不利条件，安全的随机性较大，事故发生往往具有突发性，因此对其变形监测提出更高的要求，而常规的监测手段很难完全满足这些要求。
2、基于分布式光纤感测技术的地下连续墙接缝监测系统简介图1光缆在不同介质下的升温差异图利用分布式光纤测温技术，在地连墙接缝位置布设可加热的分布式温度感测光缆，通过给光缆加热，制造与周边环境的温度差异，实现缺陷与渗漏检测。
导致地连墙存在安全稳定性问题或发生灾难性破坏的原因多且复杂，其中渗透变形与渗漏破坏占较大比重。
采用分布式光纤传感技术的土坝模型渗漏监测分析
ｍｏ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｏ ｐ ｃ ｆ ｅ ｄ ｌａ ｄ ｓｒ ｉ ｆｏ ｔ ｂ ｒ ｉ ｉ
图 ５ 土堤坝模型的施加约束和 载荷圈
ｒ ｇ． ａ ５ Ｉ ｐｏ ｅ ｏ ｔ ａｉ ｓ ａｎｄ ｌ ｄ ｏ ｈｅ ｍ ｓ ｄ ｃ ｎｓｒ ｎｔ ｏａ ｆ ｔ
在发 生沉 降时 ， 纤 的最大 应变 值 约为 ４０微应 变 。 光 ０ 软件 模拟 分析 中 ， 当光 纤 的应 变 值 为 ４０微 应 变 时 ０
图 ６ 模拟 堤坝 土模 型加载分析后 的等效应 变图
Ｆｉ ６ Ｅｑｕｉ ａ ｅ ｔｓ ｒ ｎ ｏ ｈｅ ｅ ｂａｎｋ ｅ ｔ ｇ． ｖ ｌ ｎ ｔ ａ ｆｔ ｍ ｉ ｍ ｎ ｄａ ｒ ｈ ｍ ｏ ｅ ｆｅ ｏ ｄｉ ｄ ａ ｌ ｓｓ ｍ ｅ ｔ ｄ ｌａ ｔ ｒ ｌ ａ ｎｇ ａ ｎａ ｙ ｉ ａ ｎ
而实际渗漏发生时和加剧过程中的信号变化受具体
边界 条件影 响 。堤 坝渗漏温度 和应力 变化 的传感器 而
埋设 于各种 介质 中 。国外 已有 将光 纤埋设 于堤坝 中 监测 堤坝 渗漏情 况方 面 的应 用 ， 内亦 逐渐 开 始 注 国 重光纤 传感 技术 在这方 面 的研 发工作 。光 纤实 际应
临时 ， 易发 生根石 走失 和坍塌 ， 如险 情发 现较迟 而导 致抢 险物料 投入 不及 时 ， 则会 造成 坝身土胎 外露 ， 土 体迅 速被水 流带走 ， 险情恶 化 。因此 ， 堤坝 安全 使 对 的监 测和 预警显 得尤 为重要 ¨ 。
光纤对 于外 界温 度 和应 力 变 化 敏感 ， 得 光纤 使
采 用 分布 式 光 纤传 感 技术 的土 坝 模 型 渗 漏 监测 分析
朱 萍玉 ，蒋桂 林 ，冷元 宝
（． １ 广州大学机械与电气工程学 院， 广州 ５ ０ ０ ２ 黄河水利科学研究 院， １０６；． 郑州 ４ ００ ５０ ３ ３ 湖南科技大学机 电工程学院， ． 湖南湘潭 ４ １０ ） １２ １
分布式光纤测温系统在探测堤坝渗漏中的应用
分布式光纤测温系统在探测堤坝渗漏中的应用
口 葛 建
温 度 示 踪渗 漏 探 测原 理
将温 度作为调查堤坝 渗漏的示踪物理 量，通 过 测量 不同对 象 的水 温监测和研
１分布式光纤测温系统的构成 ．
分布式光纤 测温系统由光纤、主机
究堤坝渗漏， 是国内外正在发展 的一项新技 术。库水产生渗漏部 位的热效应会使该 和应 用软件 等组 成。钻 孔 测 温 的光 纤
分段测量无法获得连续的温度数据，不能实现对钻孔水温的连续监测及多孔联 测。
２分布式光纤测温系统 的数据解调 ．
分布式光纤温 度传感器 的工作原理
孔中测温的分布式光纤系统设计
基于光纤内 部光自 发散射现象的温度特
光 纤传感 系统 能够 实 现对 温 度、振动 、电流、 电压、磁 场强 度 等物理 量 的 性。自发散射分为前 向散射 和背 向散 射 测量。分布 式光 纤 测温系 统是 利用光时 域 反射 （ ＴＤ Ｏ Ｒ， Ｏ ｔ ａ ｉ － ｏ ｉ 两种，其 中背 向散射具有温 度测量的实 ｐｉ ｌｔ ｃ ｍｅ ｄ ｍａｎ
维普资讯
成分，即 ：瑞利散射、喇曼散 射和布里 渊散 射。喇曼散射 和布里渊散射包含温 度信息 ，从散射光 中捕 捉它们 并予 以解
调，即可读取温度信息。
分 布 式光 纤测 温 系统 在 实 际温 度
测定时，测温主机 数据采集系统可测得 系列散射光强度值，如 ： Ⅳｓ Ⅳ （ （ 、 ａ 、 Ｎ （ 、 ａ ，利用以下温度解调公式： ｓ ）Ｎ （ ） Ⅳ （ Ｔ） ｈａ （ ａ ＾ （ｏ ｖ
温度分布规律 ，判断是否存在渗漏所导致的低温区、水平流、垂向流等。温度探 头 信号 处理 系统等构成 。系统设 计原理 见 在狭窄的钻孔 上下移动，会扰动水温场，实际测得的温度是孔水被扰 动后 的混 合 图 １ 。
光纤传感器监测土堤渗漏和沉降模拟试验研究
试验研 究 。结果表 明： 布置在渗 漏通道周 边的光纤传感器可 以借助 温度和应 变的变化 特征 识别严重渗漏 ， 光纤传感 器不 断下降的温度 曲线预示渗漏 的发 生， 变曲线陡增则是严 重渗 漏引起 土体沉 降的判据 。 应 关 键 词 ：光纤传 感器 ；堤 坝 ；渗漏 ；温度 ；应 变
Ｌ Ｎ ｕｎｂｏ， Ｚ Ｕ Ｐｎ ．ｕ’ Ｚ ＵＹ ｎ ， Ｈ Ｎ ｉｇｍ ｎ ， ＩＮ ｕ—ｎ Ｅ Ｇ Ｙ ａ —ａ ， Ｈ ｉｇｙ ， ＨＯ ａ ｇ＇ Ｚ Ａ Ｇ Ｑｎ — ｉｇ＇ ＪＡ Ｇ Ｇ ｉｉ ｌ
（． ｅｏ ｉ ｒ ｎｔｕ ｙｒｕｉ Ｒｓａｃ ，Ｙ Ｃ Ｚ ｅｇｈ ｕ４ ００ ，Ｃ ｉａ １ Ｙｌｗ Ｒｖ Ｉｓ ｔｔｏ ｄａ ｌ ｅｅｒ ｌ ｅ ｉ ｅ ｆＨ ｃ ｈ Ｒ Ｃ， ｈｎｚｏ ５０ ３ ｈｎ ；
文献标识码 ： Ａ ｄｉ１ ．９ ９ ｊｉ ｎ １０ －３ ９ ２ １ ． １０ ３ ｏ：０ ３ ６／．ｓ ．００ １７ ．０ ２ ０ ．０ ｓ 中图 分 类 号 ：Ｔ ６ ８ １ Ｖ ９ ．
Ｓ ｍ ｕ ａｔ ｄ Ｅｘ ｒｍ ｅ ａ ｕｄ Ｕ ｅ ｇ ｎｄ Ｓ ｔｌ ｍ ｅ ｏ ｉｏ ｉ ｇ ｆ ｒ ｉ ｌ ｅ ｐｅ ｉ ｎｔ ｌＳｔ ｙ Ｏ Ｓｅ ｐａ ｅ ａ ｅ ｔｅ ｎｔＭ ｎ ｔ ｒ ｎ ｏ Ｅａ ｔ ｒ ｈ Ｅｍ ｂａ ｋｍ ｅ ｔ ｂ ｔｃ ｌＦｉ ｅ ｎｓ ｒ ｎ ｎ ｙ Ｏｐ ｉ ａ ｂ ｒ Ｓｅ ｏ
（． １ 黄河水利科学研 究院，河南 郑州 ４ ０ ０ ； ． ５０ ３ ２ 水利部 堤 防安全 与病害防治工程技术研究 中心 ， 河南 郑州 ４０ ０ ； ５ ０ ３ ３ 湖南科技大学 机 电工程 学院，湖南 湘潭 ４ １０ ） ． １ ２ １
摘
要： 采用基于分布式光 纤传 感的渗 流模 拟监测方案 ， 对严重渗漏引起的光纤传感 器周 边介 质温度 和应变变化进行 了