目前,由于地層塌陷引起的埋地管道突發(fā)性事故時有發(fā)生,然而國內(nèi)外關于這方面的研究相對滯后,尚無相關理論預測地面沉陷過程中管道及周邊土體的受力變形規(guī)律。通過基于光纖布拉格光柵(FBG)的模型試驗,研究了地層塌陷時管道的受力特征及土層的沉降分布規(guī)律,并推導提出了由光纖應變測值計算管道彎矩的方法。試驗結(jié)果表明:①隨著塌陷體積的增加,埋地管道呈現(xiàn)出頂?shù)字饾u受壓和側(cè)邊受拉的應變狀態(tài);②根據(jù)埋設在土體中的FBG應變讀數(shù)可以將土體變形發(fā)展分為應力重分布階段、土體蠕變壓縮階段和塌陷后的穩(wěn)定階段3個階段;③地面沉降符合修正高斯分布曲線,在此基礎上建立了光纖水平向應變與地面沉降變形之間的數(shù)學模型,并對比分析了理論計算值與試驗值,發(fā)現(xiàn)二者具有良好的一致性。該研究為埋地管道安全性評估和災變預警提供了一種新的思路和方法。

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【部分圖文】：

圖1管道模型試驗裝置示意圖

本試驗利用水囊排水法精確控制管道下部土體的塌陷體積。在模型填筑前，緊貼模型箱底板放置一個水囊，水囊充水體積為1800mL，充水后高度約3cm。然后分層填筑砂土、埋設管道，靜置2h后開始試驗。1.2試驗方案

圖2Geo-PIV計算得到的土體位移場云圖

在整個試驗過程中，水囊排水的速度控制為約40mL/min。采用A01C型光纖光柵解調(diào)儀自動采集FBG波長讀數(shù)，其波長分辨率為1pm，重復性為±3pm。同時，將數(shù)碼相機置于模型箱正前方連續(xù)拍攝照片，采用粒子圖像測速（PIV）技術獲取管道周邊土體的變形。圖2為利用英國劍橋大學開....

圖3H2位置處的FBG傳感器應變測值

以下首先分析管道下方土體中的FBG光纖串H2的讀數(shù)。從應變監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，土體變形發(fā)展經(jīng)歷了，即應力重分布階段（階段Ⅰ）、土體蠕變壓縮階段（階段Ⅱ）和塌陷后的穩(wěn)定階段（階段Ⅲ）3個階段，如圖3所示。圖中拉應變?yōu)檎瑝簯優(yōu)樨摗?1）當時間t=0～500s，隨著水囊排水量的增加....

圖4H1位置處的FBG傳感器應變測值

(3）經(jīng)過對同一土層內(nèi)的FBG監(jiān)測結(jié)果對比分析后發(fā)現(xiàn)，管體正上方的FBG3傳感器受到很大的壓應變，而靠近模型箱邊界處的傳感器FBG1、FBG5測值變化幅度最小。這是由于土體沉降變形的局部化造成的。在模型試驗中觀測到，地表中心點處的沉降量最大，靠近兩側(cè)逐漸減小。2.2管道受力監(jiān)測....

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