冻胀融沉作用引起的地基土体变形是冻土地区工程建设的典型地质灾害，光纤传感技术为冻土变形的精细化、分布式实时监测提供了重要的技术手段。为探究分布式光纤应变传感在监测冻土变形方面的可行性，利用自主研制的光缆-冻土界面力学特性试验仪，探究了不同干密度和初始含水率的冻土试样中缆-土界面的破坏机制。试验结果表明，光纤应变监测结果准确地反映出缆-土界面呈现渐进性破坏特征，应变软化模型能够较好地描述界面的力学特性。在冻结过程中，土体内液态水相变成冰，引起了冻结锋面移动和水分迁移，使得界面的力学特性存在显著的差异性。不同深度处缆-土界面剪应力的演化过程反映了在光缆拉拔过程中与冻土的变形协调状态，表明光缆测量范围、界面耦合性与土体干密度、初始含水率密切相关。该研究为光纤传感技术在寒区冻土地基变形监测中的应用提供了参考。
为适应青藏高原多年冻土区恶劣环境,应对高原多年冻土区路基融沉变形局部变位大、纵向形态变化急剧、分布范围广等问题,有必要研发一套高精度、高韧性、适应大变形并具有自动化功能的高等级公路病害监测体系。该文以布拉格光栅光纤传感监测技术为基础,提出光栅光纤位移阵列传感器设计方法,基于克里金空间插值理论,选取最小估计均方差、平均预测精确度作为变形场预测的评估因子,结合监测成本估算开展光纤阵列优化布置分析,提出基于空间插值优化的冻土路基变形场自动化监测系统。研究结果表明:光栅光纤位移阵列传感器优化设计参数为横向间距2 m、纵向间距4～6 m,结合克里金空间插值理论,可实现由点及线、由线及面的冻土路基浅层、深层区域变形精准监测和预估;设计的光栅光纤位移阵列传感器具有测量精度高、可变大量程、稳定耐用等优点,易于搭建可扩充、可复制的长期组网监测体系,对实现冻土路基区域性大变形的自动化监测和不均匀沉降灾害的云端化识别具有借鉴意义。
以土石坝渗流监测为研究对象，基于温度示踪法中的加热法，提出将光纤光栅温度传感系统与水暖循环供热系统相结合的新型监测体系，解决目前常规监测手段空间不连续、效率低等缺陷。该集成系统采用电热锅炉作为加热设备，热水通过分集水器分配到各条供暖管路进行循环加热，光纤光栅温度传感器预埋在供暖管内测量管道内热水的沿程温度分布，根据温度场与渗流场的相关性间接获得渗流场。基于渗流力学与传热学理论，提出将试验标定、数值仿真、监测资料和神经网络反演分析相结合的渗流速度综合分析方法。构建土石坝集中渗漏的试验模型，考虑渗漏通道的数量、位置及渗漏强度等影响因素进行多工况试验，验证监测系统及渗流速度量化识别方法的有效性。该项目学术思路新颖，研究手段先进，工程应用前景广阔，有利于促进土木水利工程监测科技的发展。
2016-01