【摘要】：混凝土面板堆石壩作為一種現(xiàn)代壩型,具有取材便捷、造價低、工期短、工藝簡單、安全可靠、適應性強等優(yōu)點,經(jīng)過多年的科學研究和施工實踐其技術(shù)已經(jīng)日趨成熟,呈現(xiàn)活躍、迅速的發(fā)展態(tài)勢。近些年,一批混凝土面板堆石壩在雅魯藏布江、大渡河、雅礱江、金沙江等西南地區(qū)的河流上的相繼開發(fā)。隨之而來的混凝土面板堆石壩的安全穩(wěn)定問題也日益突出。由于混凝土面板堆石壩面板出現(xiàn)嚴重裂縫、面板間接縫位移過大等問題引發(fā)的安全事故時有發(fā)生。因此,針對混凝土面板堆石壩特點,通過實驗,研究光纖-裂縫位移以及光纖-脫空位移的傳感機理,探索面板壩接縫位移和面板脫空位移的監(jiān)測技術(shù),對及時掌握面板壩安全性態(tài),確保面板壩安全具有重要的理論意義和實際應用價值。本文在分析傳統(tǒng)的光纖彎曲損耗傳感原理的基礎(chǔ)上,通過對光纖傳感技術(shù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、理論推導并結(jié)合實驗等手段,對基于光時域反射儀(OTDR)的混凝土面板堆石壩接縫變形監(jiān)測方法進行了研究,主要研究內(nèi)容:(1)闡述了單模光纖(G652D)的結(jié)構(gòu)特性、傳統(tǒng)光纖彎曲損耗位移傳感機理;提出了一種線性大量程的光纖彎曲損耗位移傳感原理,從理論上證明了該原理的可行性并進行了實驗驗證;通過實驗數(shù)據(jù)擬合了 G652D單模光纖在光源工作波長為1310nm以及1550nm下光纖彎曲半徑與單位長度光纖彎曲損耗的經(jīng)驗公式,提高了該傳感原理的實用性。(2)基于線性大量程光纖彎曲損耗原理設(shè)計了兩種接縫變形監(jiān)測的傳感器,通過理論推導得出了傳感器的位移計算公式,并與實驗室標定出的傳感器位移計算公式進行了對比驗證；通過有機玻璃板模擬面板接縫位移的方法對傳感器各項性能指標進行了測試分析,并與常規(guī)位移傳感器的性能進行了對比,證明了該兩種傳感器的可行性。(3)闡述了傳統(tǒng)的基于OTDR原理的分布式光纖監(jiān)測方法,分析了基于傳統(tǒng)OTDR分布式監(jiān)測方法中的不足的原因,提出了研究了基于OTDR的面板接縫變形準分布式監(jiān)測方法,通過采用本文研制的兩種傳感器進行實驗驗證了該方法的可行性;研究了準分布式監(jiān)測系統(tǒng)中過渡光纖對傳感器監(jiān)測精度的影響,得出了滿足測量要求的過渡光纖的最小長度;通過理論分析得出了該監(jiān)測方法中傳感器最大布置數(shù)量,并通過串聯(lián)光纖彎曲損耗環(huán)的實驗進行了驗證。
【學位授予單位】：西安理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TV641.43;TV698.11
【圖文】：

表 1-3 國內(nèi)混凝土面板堆石壩接縫位移監(jiān)測儀器數(shù)量統(tǒng)計Table 1-3 Monitoring and layout of joint displacement of China high concrete face rockfill dam andquantity of monitoring instruments壩名 壩高 H/m面板垂直縫監(jiān)測周邊縫位移監(jiān)測點數(shù)斷面數(shù) 測點總數(shù)水布婭 233 15 30 13猴子巖 223.5 7 24 20三板溪 185.5 7 20 12洪家渡 179.5 16 10天生橋一級 178 26 12吉林臺一級 157 9 35 11公伯峽 132.2 5 27 組 2 向 17 組 3 向圖 1-1 為水布埡混凝土面板堆石壩安全監(jiān)測布置圖[15]。由圖 1-1 可知，水布埡混凝土面板堆石壩在垂直縫布置了單向測縫計；在河床部位面板、面板與防浪墻、趾板間布置了二向測縫計；周邊縫布置了三向測縫計。

壩安全的誤判。因此，針對對混凝土面板堆石壩面板的門的傳感器，正確施工安裝，并進行實時監(jiān)測控制，凝土面板堆石壩面板接縫變形到達一定限值時候，及，可以有效減小結(jié)構(gòu)失事發(fā)生的概率�，F(xiàn)狀接縫變形監(jiān)測的現(xiàn)狀凝土面板壩面板接縫變形監(jiān)測的傳感器主要分為差阻縫計三大類[17]。位移傳感器感器屬于較為傳統(tǒng)的監(jiān)測儀器，其基本結(jié)構(gòu)如圖 1-2：差動電阻式儀器采用了兩根鋼絲，經(jīng)過預拉張緊交緣瓷子上，形成內(nèi)外兩圈。拉力的大小由儀器的最大到外界的拉、壓變形時，一根鋼絲受拉，電阻增加，

動電阻儀器的電纜影響及長距離測量[19]。（2）振弦式位移傳感器振弦式位移傳感器是以拉緊的金屬弦作為敏感元件的諧振式位移傳感器[20]。當結(jié)構(gòu)物發(fā)生變形時將會帶動測縫計沿軸向產(chǎn)生拉力（ 壓力） 變化，通過前、后端座給振弦使其產(chǎn)生應力變化，使振弦的振動頻率改變。電磁線圈激振振弦并測量其振動頻率信號經(jīng)觀測電纜傳輸至讀數(shù)裝置，即可測出被測結(jié)構(gòu)物的變形量[21]，同時可同量埋設(shè)點的溫度值。圖 1-3 為基康公司生產(chǎn)的 BGK4420 型振弦式裂縫計結(jié)構(gòu)示意圖，是目前常用于面板接縫的傳感器。該傳感器主要由一個振弦式感應元件構(gòu)成，該元件連接有一個經(jīng)理、消除應力的彈簧，彈簧兩端分別與鋼弦、連接桿相連[22]。該傳感器封裝后可在（1.7MPa，特殊要求可定制）的壓力下操作。當拉桿從傳感器殼體拉出，彈簧被拉起張力增加并被振弦感應元件感知。由于振弦上的張力與拉伸成比，因此通過振弦讀測出的應力變化來測量接縫的開合度。

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本文編號：2746858