基于光纤光栅传感器的吊水岩边坡位移监测及稳定性评价

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:xiaohe1025
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边坡稳定性研究一直以来都是岩土工程领域内的核心问题。边坡的稳定状况事关人类生命财产安全,有时甚至关系到社会和经济的正常运行。为了最大程度地降低边坡失稳给人们造成的危害,对边坡进行实时监测、预警的研究是十分必要的。传统的边坡监测技术存在着精度低、耐久性差、难以集成等缺陷,光纤光栅传感器具有信号传输距离长、抗电磁干扰和耐久性强等优点,在边坡变形监测中的应用发展迅速。本文以吊水岩边坡为工程背景,采用一种新型的光纤光栅测斜管对边坡进行深部位移监测研究。首次提出基于等截面悬臂梁模型的多项式拟合法,并借鉴采用前人的基于等截面悬臂梁模型的有限差分转换法,来实现光纤光栅测斜管应变-位移的转换。与有限元数值模拟和室内缩比实验数据的对比表明,两种方法均能够解决工程上的测斜管应变-位移的转换问题。相对来说,多项式拟合法结果比有限差分法结果精度更高,且有限差分法因所需传感器测点足够密集而不太经济,所以在吊水岩边坡稳定性实时监测预警系统中采用了以多项式拟合法为主、有限差分法为辅的转换方式。采用ANSYS软件建立起吊水岩的有限元计算模型,运用强度折减法对吊水岩边坡变形破坏发展过程进行模拟和分析,并获取了边坡破坏的临界位移场。采取以特征点(坡顶、坡中、坡脚)水平位移突变为主要失稳判据,辅之以塑性区贯通判据来确定边坡的稳定安全系数。研究在不同折减系数下水平位移云图、塑性区的分布特征,还可以为测斜管合理位置的布设提供指导。通过对论文中所绘制的特征点折减系数-水平位移曲线变化趋势的分析,可为边坡预警阈值的设定提供依据。最后遵循结构长期健康监测系统和物联网技术的设计理念,构建了吊水岩边坡实时在线监测的网络骨架,将数据采集、数据传输、数据评估管理三大子系统集成,形成实时、高效、开放、访问应用方便,可通过权限管理做到信息保护的边坡稳定性监测预警系统。并采取以边坡稳定安全系数、位移阈值以及位移变化速率作为评价边坡稳定性的主要指标,辅之以人工巡检捕捉到的边坡失稳前的一些征兆来综合评价边坡稳定性,初步实现了对吊水岩高边坡的实时监测及早期预警。
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