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《西南交通大学》 2015年
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光纤光栅测试技术在边坡工程中的应用

姜红  
【摘要】:随着工程测试技术的不断创新与新形势的要求,光纤光栅测试技术在土木工程的上部结构中得到了很好的应用,它使许多复杂结构的力学测试变得方便可行。而在边坡工程中,由于一些客观因素使得光纤光栅测试技术未能得到很好的应用,但近年来,越来越多的工程专家及学者在探索其在边坡工程中的应用,以实现其在边坡工程应用的普及。1.在边坡工程中,与应力应变有关的常见物理量有坡体位移、锚杆拉力、抗滑桩桩身弯矩等,本文推导了相关光纤光栅测试传感器的理论和温度补偿方法,分析了相关的误差、指出了安装时的注意事项以及其适用情况。2.依托高陡边坡连续强降雨致灾室内模型试验研究,首次将光纤光栅测试技术应用于边坡工程土工离心机试验,特此研发了光纤光栅等强度梁式位移传感器、光纤光栅锚杆测试元件、光纤光栅抗滑桩桩身弯矩测试元件。详细介绍了光纤光栅测试系统和说明了试验过程与试验方法。通过对试验结果的分析,光纤光栅测试技术所测试的数据是符合实际规律的,说明该测试技术是可行的。通过与传统测试方法的对比,可知光纤光栅测试技术精度高,但也有其局限性,需要同传感测试技术相结合应用。3.详细分析了光纤光栅测试技术在实际边坡工程中的应用情况。在宜万铁路边坡工程中,防护及支护结构主要有被动防护网、主动的防护网、锚索、挡土墙和抗滑桩。详细介绍了光纤光栅测试系统以及相关传感器在防护和支护结构上的安装情况,通过对应用的结果分析可知,监测系统运行稳定,有效动态地监测了边坡防护结构及支护结构的各种物理量,从而有效地判断识别出边坡危岩落石的状况及边坡土体的状况,能有效地发出预警及报警信号,保证了铁路的运行安全。光纤光栅测试技术在宜万铁路边坡工程中的成功应用为以后的类似项目提供了很好的参考。在广陕高速中,通过和传统测试技术的对比,可知光纤光栅测试技术所测的数据稳定,规律性强,且可重复使用。通过全文的理论推导分析和与传统测试技术的对比分析,可得出:光纤光栅测试技术尺寸效应小、可靠性高、抗腐蚀性强、抗电磁干扰强、可实现分布式传感、可实时持续采集数据、灵敏度高、精度高、寿命长;其可以很好地应用于边坡工程中,且具有很好的发展前途和广泛的应用前景。
【关键词】:光纤光栅 测试技术 边坡工程 土工离心机 温度补偿
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TU753
【目录】:
  • 摘要6-7
  • Abstract7-11
  • 第1章 绪论11-19
  • 1.1 研究背景及意义11
  • 1.2 光纤光栅测试技术11-16
  • 1.2.1 光纤光栅测试技术在土木工程上部结构中的应用11-13
  • 1.2.2 光纤光栅测试技术在在岩土工程中的应用13-16
  • 1.3 光纤光栅传感器的特点16-17
  • 1.4 本论文主要工作内容17-19
  • 第2章 光纤光栅测试技术原理19-23
  • 2.1 光纤光栅传感原理19-21
  • 2.2 温度补偿21-23
  • 2.2.1 参考光纤光栅方案21-22
  • 2.2.2 应变和温度双参数同时测量方案22-23
  • 第3章 应用于边坡工程中的光纤光栅传感器及其测试原理23-37
  • 3.1 位移传感器应用技术23-27
  • 3.1.1 等强度梁式位移传感器23-26
  • 3.1.2 弹簧式位移传感器26-27
  • 3.2 光纤光栅测斜管应用技术27-31
  • 3.3 光纤光栅土压力盒应用技术31-33
  • 3.4 光纤光栅锚杆传感器应用技术33-35
  • 3.5 本章小结35-37
  • 第4章 光纤光栅测试技术在边坡工程土工离心机试验中的应用37-60
  • 4.1 试验设备概况37-39
  • 4.2 光纤测试系统39-49
  • 4.2.1 解调模块40-41
  • 4.2.2 测试元器件41-49
  • 4.3 试验布置方案49-53
  • 4.4 试验过程及试验方法53-55
  • 4.5 试验结果分析55-59
  • 4.5.1 坡面位移55-56
  • 4.5.2 锚杆拉力56-58
  • 4.5.3 抗滑桩桩身弯矩58-59
  • 4.6 本章小结59-60
  • 第5章 光纤光栅测试技术在实际边坡工程的应用60-75
  • 5.1 光纤光栅测试技术在宜万铁路边坡工程中的应用60-73
  • 5.1.1 物理模型试验60-65
  • 5.1.1.1 挡土墙物理模型模拟滑坡监测试验60-63
  • 5.1.1.2 被动防护网物理模型模拟危岩落石监测试验63-65
  • 5.1.2 现场监测试验65-72
  • 5.1.2.1 监测系统介绍65-67
  • 5.1.2.2 危岩落石监测67-71
  • 5.1.2.3 土质边坡监测71-72
  • 5.1.3 应用结语72-73
  • 5.2 光纤光栅测试技术在其它实际边坡工程中的典型应用73
  • 5.3 本章小结73-75
  • 第6章 结论与展望75-77
  • 6.1 结论75
  • 6.2 展望75-77
  • 致谢77-78
  • 参考文献78-82

【引证文献】
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