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光纤Bragg光栅传感技术用于工程结构安全监测的研究

孙曼  
【摘要】:大型结构的安全监测,能够及时了解结构性状,防患未然,获得巨大的社会和经济效益。工程结构安全监测的高新技术中,光纤传感具有独特的优势。其中光纤Bragg光栅传感技术灵敏度高,抗干扰能力强,测量稳定可靠,代表着新一代光传感器的发展方向。 本文运用光纤Bragg光栅传感技术的特点和优点,解决高土石坝工程集中渗流监测和组合结构损伤检测两项难题,为发展该两领域内光纤光栅监测技术的传感系统和分析方法提供了理论基础和关键技术。本文主要工作和成果如下: (1)首次提出高土石坝集中渗流大范围、定量化监测的光纤Bragg光栅传感技术的科学理念、理论方法和分析手段。首次采用光纤Bragg光栅传感系统,突破了国内外近年来采用DTS分布式光纤测温的局限,实现了光纤传感的选型优化,成为实现高土石坝心墙集中渗流的定位、定渗流量监测的可行途径和新理念。 发展了渗流-温度耦合场的有限元分析方法,完成了高土石坝心墙集中渗流的模拟仿真,获得温度分布与渗流通道几何位置和渗流速度及渗流量的关系,用数值手段论证了这一高端技术的可行性。首次为大范围、定量化监测土石坝心墙随机出现的渗流通道位置和渗流量提供了技术途径。 (2)提出了地基集中渗漏的光纤Bragg光栅检测方法,发展了流场-温度耦合场的有限元分析方法,得出地基监测孔内流体、温度多场分布,从而确定地基中集中渗流通道位置和渗流量。据此论证了应用该技术监测地基集中渗流的可行性。


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