DTS在RCC薄拱坝温度场监测中的应用
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第 ５ １ 卷第 １ ０ 期
２ ０１ ５年 １ ０月
甘 肃 水 利 水 电 技 术
ＧＡ ＮＳ Ｕ Ｗ ＡＴ Ｅ Ｒ ｌ Ｉ Ｅ Ｓ ＯＵ ＲＣ Ｅ Ｓ Ａ ＮＤ ＨＹ ＤＲ ＯＰ ＯＷ Ｅ Ｒ Ｔ Ｅ ＣＨ ＮＯＬ Ｏ１ ７ ， Ｙ
Ｖｏ １ ． ５１． Ｎｏ ． １ ０
０ｃ ｔ ． ． ２ ０１ ５
坝 段温 度场 的监 测 过程 中发挥 了显 著 的优势 。
１ ＤＴ Ｓ 工 作 原 理
Ａ ｎ ｔ ｉ — Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ 光 则 随温度 的变 化 而做 出相 应变 化 。由 于Ｒ ａ ｙ ｌ ｅ ｉ ｇ ｈ散 射光 受 温度 变化 影 响较 小 ，故可 以不 予考 虑 。Ａ ｎ ｔ ｉ — Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ 与Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ 光之 比值 随 温度 变化
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ５ — １ ０ — １ ５
通过 解 调 仪 得 出 的 Ａ ｎ ｔ ｉ — Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ 与 Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ 光 之
作者简介 ： 李会锋（ １ ９ ８ ６ 一） ， 男， 河南许 昌人 ， 硕 士研究生 ， 主要从事分布式光纤传感技术监测坝体温度场 的研 究与应用 ， Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ：
１ ． １ ＤＴＳ 测 距 原 理
：口 Ｐ 一
（ ２）
ｌ ｓ
式 中： — —Ａ ｎ ｔ ｉ — Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ 光；
— —
Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ 光：
—
—
温 度相 关 系数 ：
—
—
当一 束 脉 冲光 射 向光纤 时 ． 它 会 以 略低 于真 空 中的 光 速 的速 度 向前 传 播 ， 而 且 伴 随 着往 四周 发 射 散 射 光 。然 而 部分 散 射 光 则反 射 回到 入 射 端 ， 通 过
关键 词 ： Ｄ Ｔ Ｓ ； 万 家口子 ； 混凝土温度场 ； Ｒ Ｃ Ｃ薄拱坝 ； 监测
中图分类号 ： Ｔ Ｖ ６ ４ ２ ． ４ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： ２ ０ ９ ５ — ０ １ ４ ４ （ ２ ０ １ ５ ） １ ０ — ０ ０ ０ ８ — ０ ３
碾 压 混 凝 土坝 具 有 机 械化 程 度 高 ， 施 工 速 度 快 和工 程 造价 低 等优 点 。然 而 ， 由于 大 体 积碾 压 混 凝
中Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ 光对 温 度 变 化 无 关 ， Ａ ｎ ｔ ｉ — Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ散射 中 的
点， 而 且 可 以精 确 空 间定 位 温 度 发 生 点 ， 设 置 预 警 值， 及时 、 具 体 的关 注坝 体 内部混 凝 土实 时温 度场 变 化＿ 】 ］ Ｄ Ｔ Ｓ实 时监 测在 云南 万 家 口子 ＲＣ Ｃ薄 拱 坝 ４
的距 离 ：
：
土 坝 不 可避 免 的在 施 工 、 运 行 期 间受 到 温度 荷 载 的 作用 。 从而 导致 坝 体混凝 土 出现 温度 裂缝 ， 危 及 大坝 安 全 。 因此 ， 在施工 、 运 行期 对 坝体 进行 温度 场 实时 监 测是 大 坝安 全监 测 的关键 性 工作 。 目前 坝 体 温度 场 的常 规监 测 ， 多 采 用埋 设 点 式 温 度计 法 。尽 管此 方法 在单 点 温度 值测 量上 具有 相 当高 的精 度 ． 还 是 难 以满 足实 时 复 杂 多变 的实 际 工 程 环境 需 要 。分 布式 光 纤 传感 技 术 测温 系统 （ Ｄ Ｔ Ｓ ）
关 系可 以用下 述公 式 表示 ：
ｌ ａｓ
一
Ｄ Ｔ Ｓ能够 克 服埋设 点 式 温度计 法 中温 度信 息 量 少、 安 装方 法 复杂 等 不 足 。利 用 Ｄ Ｔ Ｓ能 够 空 间精 确 定位 温 度发 生点 和 实时 监测 等优 点 ， 为 大坝施 工 、 运 行期 间有效 控制 温 度裂缝 提 供技 术 指导 。
测量 相 应 的发射 入射 光 和接 受反 射 光之 间 的时 间差
ｃ—
—
—
—
普 郎克 系数 （ Ｊ 。 ） ； 真空 中的光 速 （ ｍ ／ ｓ ） ；
拉 曼平 移量 （ ｎ ｌ ） ； 鲍 尔次 曼 常数 （ Ｊ ， ｋ ） ； 绝 对温 度值 。
—
—
—
—
７ １ ．用 下 列 公式 求 出发 射散 射 光 的 位 置相 距 入 射 端
具 有 线形 、 连续 同时 测量 光 纤 沿 程 所 有温 度 值 的优
ｃ
９
（ １ ）
式中： 一 光纤 中的光速 ， Ｃ ＝ Ｃ 。 ／ ｎ ； Ｃ （ 厂 真 空 的光速 ；
ｎ —— 光纤 的折 射率 。
１ ． ２ ＤＴＳ 测 温 原 理
通 过 分 析 反 射 回 入 射 端 的反 射 光 ，主 要 存 在 Ｒ ａ ｍａ ｎ散 射光 和 Ｒ ａ ｙ ｌ ｅ ｉ ｇ ｈ散射 光 。 其中 Ｒ ａ ｍａ ｎ散射 包含 Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ 散射 和 Ａ ｎ ｔ ｉ — Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ 散射 ． 在Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ 散射
土浇筑仓 面， 混凝土浇筑后 ６ ｄ ， 坝 体 内部 上 游 面 混 凝 土 水 化 热 温 度 达 到 最 高 值 ， 为４ ３ ＿ ３ ｏ Ｃ； 坝 体 内部 下 游 面 温 度 达
到最大值 ， 为４ ０ ． ８ ｏ Ｃ ； ２ ２ ｄ后 薄拱坝坝体 内部 混凝土水化热温度逐渐 下降随后 趋于稳定 。
・
设计与研 究・
ห้องสมุดไป่ตู้
Ｄ Ｔ Ｓ在 ＲＣ Ｃ薄拱坝温 度场监测 中的应用
李会 锋 ， 蔡德 所 － ， ｚ
（ １ ． 广 西 大学 土木 建筑 工程 学 院 ， 广西 南宁
２ ． 广 西壮 族 自治 区水 利厅 ， 广西 南宁
５ ３ ０ ０ ０ ４ ；
５ ３ ０ ０ ２ ３ ）
摘要： 简要介 绍 了分布式光纤传感技 术测温 系统（ Ｄ Ｔ Ｓ ） 的工作原理 ， 通过监测云 南万家 口子 Ｒ Ｃ Ｃ薄拱 坝 坝段混凝 土浇筑期 间产 生释放 水化 热的温度场 变化过程 。结果表明 ， 万 家口子 Ｒ Ｃ Ｃ薄拱 坝 ４ 坝段 １ ２ ９ ８ ｍ高程的碾压混凝
２ ０１ ５年 １ ０月
甘 肃 水 利 水 电 技 术
ＧＡ ＮＳ Ｕ Ｗ ＡＴ Ｅ Ｒ ｌ Ｉ Ｅ Ｓ ＯＵ ＲＣ Ｅ Ｓ Ａ ＮＤ ＨＹ ＤＲ ＯＰ ＯＷ Ｅ Ｒ Ｔ Ｅ ＣＨ ＮＯＬ Ｏ１ ７ ， Ｙ
Ｖｏ １ ． ５１． Ｎｏ ． １ ０
０ｃ ｔ ． ． ２ ０１ ５
坝 段温 度场 的监 测 过程 中发挥 了显 著 的优势 。
１ ＤＴ Ｓ 工 作 原 理
Ａ ｎ ｔ ｉ — Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ 光 则 随温度 的变 化 而做 出相 应变 化 。由 于Ｒ ａ ｙ ｌ ｅ ｉ ｇ ｈ散 射光 受 温度 变化 影 响较 小 ，故可 以不 予考 虑 。Ａ ｎ ｔ ｉ — Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ 与Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ 光之 比值 随 温度 变化
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ５ — １ ０ — １ ５
通过 解 调 仪 得 出 的 Ａ ｎ ｔ ｉ — Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ 与 Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ 光 之
作者简介 ： 李会锋（ １ ９ ８ ６ 一） ， 男， 河南许 昌人 ， 硕 士研究生 ， 主要从事分布式光纤传感技术监测坝体温度场 的研 究与应用 ， Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ：
１ ． １ ＤＴＳ 测 距 原 理
：口 Ｐ 一
（ ２）
ｌ ｓ
式 中： — —Ａ ｎ ｔ ｉ — Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ 光；
— —
Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ 光：
—
—
温 度相 关 系数 ：
—
—
当一 束 脉 冲光 射 向光纤 时 ． 它 会 以 略低 于真 空 中的 光 速 的速 度 向前 传 播 ， 而 且 伴 随 着往 四周 发 射 散 射 光 。然 而 部分 散 射 光 则反 射 回到 入 射 端 ， 通 过
关键 词 ： Ｄ Ｔ Ｓ ； 万 家口子 ； 混凝土温度场 ； Ｒ Ｃ Ｃ薄拱坝 ； 监测
中图分类号 ： Ｔ Ｖ ６ ４ ２ ． ４ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： ２ ０ ９ ５ — ０ １ ４ ４ （ ２ ０ １ ５ ） １ ０ — ０ ０ ０ ８ — ０ ３
碾 压 混 凝 土坝 具 有 机 械化 程 度 高 ， 施 工 速 度 快 和工 程 造价 低 等优 点 。然 而 ， 由于 大 体 积碾 压 混 凝
中Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ 光对 温 度 变 化 无 关 ， Ａ ｎ ｔ ｉ — Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ散射 中 的
点， 而 且 可 以精 确 空 间定 位 温 度 发 生 点 ， 设 置 预 警 值， 及时 、 具 体 的关 注坝 体 内部混 凝 土实 时温 度场 变 化＿ 】 ］ Ｄ Ｔ Ｓ实 时监 测在 云南 万 家 口子 ＲＣ Ｃ薄 拱 坝 ４
的距 离 ：
：
土 坝 不 可避 免 的在 施 工 、 运 行 期 间受 到 温度 荷 载 的 作用 。 从而 导致 坝 体混凝 土 出现 温度 裂缝 ， 危 及 大坝 安 全 。 因此 ， 在施工 、 运 行期 对 坝体 进行 温度 场 实时 监 测是 大 坝安 全监 测 的关键 性 工作 。 目前 坝 体 温度 场 的常 规监 测 ， 多 采 用埋 设 点 式 温 度计 法 。尽 管此 方法 在单 点 温度 值测 量上 具有 相 当高 的精 度 ． 还 是 难 以满 足实 时 复 杂 多变 的实 际 工 程 环境 需 要 。分 布式 光 纤 传感 技 术 测温 系统 （ Ｄ Ｔ Ｓ ）
关 系可 以用下 述公 式 表示 ：
ｌ ａｓ
一
Ｄ Ｔ Ｓ能够 克 服埋设 点 式 温度计 法 中温 度信 息 量 少、 安 装方 法 复杂 等 不 足 。利 用 Ｄ Ｔ Ｓ能 够 空 间精 确 定位 温 度发 生点 和 实时 监测 等优 点 ， 为 大坝施 工 、 运 行期 间有效 控制 温 度裂缝 提 供技 术 指导 。
测量 相 应 的发射 入射 光 和接 受反 射 光之 间 的时 间差
ｃ—
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普 郎克 系数 （ Ｊ 。 ） ； 真空 中的光 速 （ ｍ ／ ｓ ） ；
拉 曼平 移量 （ ｎ ｌ ） ； 鲍 尔次 曼 常数 （ Ｊ ， ｋ ） ； 绝 对温 度值 。
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７ １ ．用 下 列 公式 求 出发 射散 射 光 的 位 置相 距 入 射 端
具 有 线形 、 连续 同时 测量 光 纤 沿 程 所 有温 度 值 的优
ｃ
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（ １ ）
式中： 一 光纤 中的光速 ， Ｃ ＝ Ｃ 。 ／ ｎ ； Ｃ （ 厂 真 空 的光速 ；
ｎ —— 光纤 的折 射率 。
１ ． ２ ＤＴＳ 测 温 原 理
通 过 分 析 反 射 回 入 射 端 的反 射 光 ，主 要 存 在 Ｒ ａ ｍａ ｎ散 射光 和 Ｒ ａ ｙ ｌ ｅ ｉ ｇ ｈ散射 光 。 其中 Ｒ ａ ｍａ ｎ散射 包含 Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ 散射 和 Ａ ｎ ｔ ｉ — Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ 散射 ． 在Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ 散射
土浇筑仓 面， 混凝土浇筑后 ６ ｄ ， 坝 体 内部 上 游 面 混 凝 土 水 化 热 温 度 达 到 最 高 值 ， 为４ ３ ＿ ３ ｏ Ｃ； 坝 体 内部 下 游 面 温 度 达
到最大值 ， 为４ ０ ． ８ ｏ Ｃ ； ２ ２ ｄ后 薄拱坝坝体 内部 混凝土水化热温度逐渐 下降随后 趋于稳定 。
・
设计与研 究・
ห้องสมุดไป่ตู้
Ｄ Ｔ Ｓ在 ＲＣ Ｃ薄拱坝温 度场监测 中的应用
李会 锋 ， 蔡德 所 － ， ｚ
（ １ ． 广 西 大学 土木 建筑 工程 学 院 ， 广西 南宁
２ ． 广 西壮 族 自治 区水 利厅 ， 广西 南宁
５ ３ ０ ０ ０ ４ ；
５ ３ ０ ０ ２ ３ ）
摘要： 简要介 绍 了分布式光纤传感技 术测温 系统（ Ｄ Ｔ Ｓ ） 的工作原理 ， 通过监测云 南万家 口子 Ｒ Ｃ Ｃ薄拱 坝 坝段混凝 土浇筑期 间产 生释放 水化 热的温度场 变化过程 。结果表明 ， 万 家口子 Ｒ Ｃ Ｃ薄拱 坝 ４ 坝段 １ ２ ９ ８ ｍ高程的碾压混凝