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《西安科技大学》 2003年
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岩体变形与破坏光纤传感测试基础研究

柴敬  
【摘要】: 光纤传感技术是20世纪70年代伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的,是一门新兴的交叉学科,光纤无需任何中间级就能把待测的量与光纤内的导光联系起来,本身就是一个敏感元件。本文采用理论研究、实验室相似材料模拟实验相结合的研究方法,系统深入地研究了采用光纤传感技术监测岩体破坏发生、发展过程的技术和理论,获得了如下研究成果。 利用光纤传输的模态理论,本文首先分析了岩体破坏时引起光纤宏观弯曲、微观弯曲的损耗,光纤承受压力后弯曲使得通过光纤中的一部分光产生散射损耗,发生传输模式的耦合。光纤损耗除了与弯曲程度有关,还与引起光纤弯曲的长度范围(或弯曲数目)有关。分析了裂缝传感的微弯机制,在裂隙处光纤呈扭结微弯,对岩土工程安全监测具有理论指导意义。 其次,研究了光纤的埋入技术,及光纤与基体材料的相互作用,提出了岩体变形时光纤测试机理。通过将光纤埋入模拟矿山开采的相似材料模型中构成智能材料层,测试一段光纤的损耗转化为对岩层变形、塌陷及其裂隙区域扩展的表述。 针对岩土工程的特点,提出了基于弯曲损耗的分布式光纤传感的蛇形光纤传感理论及其传感器结构,该传感器既可以实现微弯,又可以实现宏弯,适应了岩石类材料从微观变形到宏观变形的特点。采用光纤OTDR技术实现了岩土工程大变形的长距离检测与信号传输,分布式布置实现了线性测量和长期检测。 通过室内实验和总结前人的研究成果,指出岩体破坏、发展过程可以看作为裂纹扩展的过程,可以实现对其发展过程的测试。本文利用这一方法,分别在1.2m、2m平面应力模型架上进行了共计9架次实验的测试,模拟煤矿上覆岩层垮落形态。通过实验,验证了光纤测试的可行性,并系统分析了岩层垮落过程中的光纤损耗特征;建立了岩层变形与光纤损耗的关系模型。从而为煤、岩体破坏检测的实际应用提供了理论基础。 由此建立了可以进行模型变形测试的光纤测试系统,并购置光纤测试设备,形成实验体系。用于科学研究中。
【学位授予单位】:西安科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TD315

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 李仲奎;王爱民;;三维地质力学模型试验中光纤传感器的应用研究[J];实验技术与管理;2006年12期
2 柴敬,常心坦;光纤传感器在相似材料模型测试中的相容性研究[J];实验力学;2004年04期
3 韩晓冰;杨建翔;;光谱吸收式瓦斯气体传感器及其信号处理方法[J];西安科技大学学报;2008年03期
4 柴敬,魏世明,常心坦,李毅;岩梁变形监测的分布式光纤传感技术[J];岩石力学与工程学报;2004年23期
5 柴敬;魏世明;;相似材料中光纤传感检测特性分析[J];中国矿业大学学报;2007年04期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 柴敬;魏世明;常心担;李毅;;相似材料模型实验中的OTDR检测方法[A];第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
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中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 陈挺;岩体形变实时监测系统研究[D];西安科技大学;2011年
2 王爱民;三维模型和材料试验仪器研制及量测方法研究[D];清华大学;2004年
3 于朝辉;红柳煤矿软岩巷道矿压观测及变形特征研究[D];西安科技大学;2012年
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周杨;遗传算法在边坡稳定性评价中的应用[D];郑州大学;2003年
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
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6 本报驻汉城记者 邰举;世界杯从这里开始[N];科技日报;2002年
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10 吴黎辉;岩体经验强度准则研究[D];长安大学;2004年
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