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《昆明理工大学》 2015年
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基于光纤光栅应变桩的边坡结构监测与稳定性灰色模型研究

彭李  
【摘要】:边坡结构的失稳常给建筑、道桥等设施造成破坏,对边坡结构进行实时准确的监测并对可能发生的失稳情况做出提前预测,可以为边坡治理提供依据。传统的边坡结构监测技术因为实时性差、抗干扰能力弱等因素无法满足强磁场监测环境以及实时在线监测的需求,光纤光栅传感器具有高精度、低损耗、存活时间长、实时性好和抗电磁干扰能力强等特点被广泛运用到工程结构监测中。通过灌注应变桩的方式将光纤光栅应变传感器布设于边坡内部可以获得边坡不同深度的应变值及变化情况,以此监测边坡结构的稳定情况。基于上诉需求本文开展了基于光纤光栅应变桩的边坡结构监测与稳定性预测研究。研究内容主要包括以下几个方面:(1)研究了光纤Bragg光栅传感原理,针对光纤光栅应变桩监测技术中采用砂浆灌注的方式,研制了带有自锁紧装置和法兰盘的自锁紧式光纤Bragg光栅应变传感器,完成了传感器的选材加工、总装和测试。测试结果表明,其灵敏度为0.52pm/με,线性度为3.71%FS,重复性为7.43%FS。(2)结合山地变电站边坡实际情况,建立边坡的有限元模型,采用强度折减系数法对该边坡内部的应变情况情况进行了分析,将应力应变集中的区域作为监测重点,制定该边坡的光纤光栅应变桩监测方案。在边坡第二级台阶布设了5根深度分别为19米、22米、17米、11米、19米的应变桩,并搭建了光纤传感.器网络系统,实现了对边坡的远程监测。(3)根据监测数据分析了边坡的稳定情况。建立了边坡的灰色GM(1,1)预测模型并对该模型的预测效果进行了评估,得出灰色GM(1,1)预测模型的平均相对误差为0.00364%。采用灰色GM(1,1)预测模型对边坡稳定性进行了短期预测分析。
【关键词】:光纤Bragg光栅 应变桩 边坡 实时监测 稳定性 灰色模型
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TP212;N941.5
【目录】:
  • 摘要5-8
  • Abstract8-10
  • 第一章 绪论10-20
  • 1.1 研究背景与意义10-11
  • 1.2 边坡失稳及主要监测参量11-13
  • 1.3 边坡监测研究现状13-15
  • 1.4 边坡稳定性分析现状15-16
  • 1.5 光纤光栅传感器在边坡监测中的应用16-18
  • 1.6 本文主要研究内容18-20
  • 第二章 自锁紧式光纤光栅应变传感器的研制20-34
  • 2.1 引言20
  • 2.2 光纤光栅的测量原理20-22
  • 2.3 自锁紧式FBG应变传感器的传感结构22-23
  • 2.4 自锁紧式FBG应变传感器的传感模型23-24
  • 2.5 自锁紧式FBG应变传感器的研制24-30
  • 2.5.1 传感器的材料选型24-26
  • 2.5.2 传感器主要元件加工26-28
  • 2.5.3 传感器总装28-30
  • 2.6 传感器测试30-33
  • 2.6.1 应变传感器测试原理30-31
  • 2.6.2 应变传感器测试结果31-33
  • 2.7 小结33-34
  • 第三章 光纤光栅应变桩在边坡中的应用34-52
  • 3.1 引言34-35
  • 3.2 光纤光栅应变桩监测原理35-36
  • 3.3 光纤光栅应变桩监测方案制定36-43
  • 3.3.1 光纤光栅应变桩的布设位置36-42
  • 3.3.2 光纤光栅应变桩布设方案42-43
  • 3.4 光纤光栅应变桩传感网络系统的建立43-47
  • 3.4.1 应变桩的灌注43-45
  • 3.4.2 传感网络系统搭建45-47
  • 3.5 光纤传感网络系统的测试47-50
  • 3.6 小结50-52
  • 第四章 边坡的稳定性分析与灰色模型评估52-74
  • 4.1 引言52
  • 4.2 基于监测数据的边坡稳定性分析52-55
  • 4.3 基于灰色模型的边坡稳定性分析55-73
  • 4.3.1 灰色GM(1,1)模型建立与评估55-61
  • 4.3.2 灰色GM(1,1)预测模型的应用61-73
  • 4.4 小结73-74
  • 第五章 总结与展望74-76
  • 5.1 总结74-75
  • 5.2 展望75-76
  • 致谢76-78
  • 参考文献78-84
  • 附录A:攻读硕士学位期间研究成果84-85
  • 附录B:攻读硕士学位期间参与科研项目85

【参考文献】
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