基于分布式光纤温度传感技术的渗漏监测方法研究

【摘要】：采用分布式光纤温度传感技术来研究大坝渗漏监测问题为大坝渗漏监测开辟了新的方向，并凸显了分布式光纤温度传感技术在渗漏监测方面得天独厚的优势，该项技术的发展使得对地质条件多样、地形差异多变、结构复杂、体积庞大的大坝进行整体的、全面的、精确的渗漏监测变成了可能，并在众多工程实践中得到了成功的应用，并取得了较好的理论成果和实践经验，较好的展示了分布式光纤温度传感技术的优越性，但是，分布式光纤温度传感技术无论是在理论基础还是在实际运用中仍然处于发展阶段，很多研究还停留在定性阶段，诸多理论和问题亟需解决。 本文将从监测基本原理出发，通过分布式光纤温度传感系统监测渗漏模型试验，借助一些数值分析和拟合等数学手段以及MATLAB、COMSOL、Microsoft VisualStudio等软件工具，得出了一些有用的结论。 本文主要研究内容包括： （1）总结分布式光纤温度传感器的发展概况和基于分布式光纤温度传感渗漏监测技术研究现状，归纳总结了该项技术的优点。 （2）借助软件工具COMSOL通过有限元分析的方法，数值模拟与渗漏试验模型条件同等情况下，建立光纤与介质传热数值模拟模型，通过有限元方法对加热功率、含水量对光纤温度和围岩温度的影响情况进行了数值模拟，并将数值模拟的结果和试验结果进行了比对分析，验证了渗漏监测试验建模思路的正确性、可行性和试验数据的可信性，为后面进行渗漏速度和光纤温升的试验研究提供了依据。 （3）考虑到分布式光纤本身需要承担周而复始的冷热循环过程，而影响光纤耐性的主要指标又以光纤的强度变化为主，设计并进行了光纤的耐久性试验。借助计算机软件对试验数据进行拟合，对光纤的耐性进行了定性分析，为今后的工程应用提供参考依据。 （4）通过对渗漏监测试验中所获得的试验数据进行相应的数值分析，得出了粘土、细砂和砾石介质中不同加热功率下的渗漏速度和光纤温升关系曲线和相同加热功率下渗漏速度和光纤温升的关系曲线，通过曲线找出了渗漏速度和光纤温升的一定关系，并借助数学手段和软件工具，在试验数据分析处理的基础上，拟合出了渗漏速度和光纤温升之间的关系曲线、关系式，为后面进一步研究渗漏速度和光纤温升之间的关系提供了理论基础。 （5）鉴于渗漏监测试验中DTS采集的数据非常多，单靠图表的形式对渗漏速度进行反应，其直观性不是很强，使得对渗漏流速的把握不能直观、及时，为弥补这一不足，基于简化渗漏监测过程中的监测过程的目的，开发了基于分布式光纤温度传感技术的渗漏监测方法的渗漏流速监测系统。