井壁模型试验中基于OFDR测试技术的应变传递特性研究

论文摘要

为了满足分布式光纤在实际工程中的应用需要,本文通过数值模拟和物理模型试验相结合的方法,开展了井壁模型试验中基于OFDR测试技术的应变传递特性研究,获得了模型井壁受力全过程中全测线连续的应变测值,同时可以对井壁破坏前产生的随机裂缝捕捉。首先,利用试验和数值模拟的手段研究了基于OFDR的应变传递关键技术,获得了不同物理参数对光纤应变传递的影响,以及不同光纤和布设方法下的应变传递特性。数值模拟研究表明:点式布设和分布式布设模型,各材料弹性模量的大小均对应变传递影响较大,光纤两端各有一小段处于低应变传递区。分布式布设的光纤应变传递高于点式布设的光纤。开槽粘贴比表面粘贴的测试效果好。试验研究表明:裸纤和封装光纤都可以测试准确,裸纤的测试效果略优于封装光纤。封装光纤的测试长度越长,光纤的应变传递越好,多次加载后,残余应变越来越小,测试光纤性能会变好。四种常见环氧树脂胶对应变测试的结果影响较小。其次,利用试验的手段研究了基于OFDR的混凝土分布式应变传递和裂缝捕捉技术,获得了不同埋设方法下混凝土抗折试件的应变传递特性,以及分布式光纤对裂缝的捕捉特性。试验研究表明:表面粘贴的光纤,粘结工艺对其测试结果影响较大,而内埋光纤更容易应力集中,导致光纤无法测试。表面开槽粘结和内部埋设两种方法均是可行的。当混凝土试块开裂后,光纤由于滑动会导致测试不准确,但是可以监测到裂缝开裂的位置和时间,同时发现可以识别的最小裂缝间隔为2cm~3cm。第三,利用物理模型试验和数值模拟的手段研究了分布式光纤在模型井壁中的应变传递特性,获得了井壁在非均匀地压下的受力变形规律,以及分布式光纤在斜井井壁模型中的应变传递特性。试验研究表明:利用一定的布设方法,分布式光纤可以测试斜井井壁的三维应变,且测试准确,但是在井壁开裂位置,由于光纤的滑动,在井壁开裂的一定范围内,测试结果有一定误差。物理模型试验中的斜井井壁的受力变形规律与数值模拟结果基本相同。综上所述,基于瑞利散射的光频域反射的分布式光纤测试系统,利用其高空间分辨率以及分布式的特点能够获得井壁受力全过程中全测线连续的应变测值,同时可以捕捉井壁破坏前产生的随机裂缝,为未来将分布式光纤应用于实际工程积累了经验。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 变量注释表
• 1 绪论
•   1.1 问题的提出
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 研究的目的和内容
•   1.4 研究方法和技术路线
• 2 基于OFDR的应变传递关键技术研究
•   2.1 概述
•   2.2 基于OFDR的分布式封装光纤的应变传递数值计算研究
•   2.3 基于OFDR的应变监测的关键技术研究
•   2.4 本章小结
• 3 基于OFDR的混凝土分布式应变传递和裂缝捕捉技术研究
•   3.1 概述
•   3.2 表面开槽粘结分布式光纤的应变传递及裂缝捕捉试验研究
•   3.3 内部埋设分布式光纤的应变传递及裂缝捕捉试验研究
•   3.4 混凝土试件多处裂缝情况下的光纤应变传递及裂缝捕捉试验研究
•   3.5 本章小结
• 4 基于OFDR测试技术的斜井井壁模型试验研究
•   4.1 概述
•   4.2 物理模型试验
•   4.3 数值模拟
•   4.4 本章小结
• 5 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 作者简介
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 郭磊

导师: 黄家会,韩涛

关键词: 分布式光纤,裂缝捕捉,斜井井壁,物理模型试验

来源: 中国矿业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 中国矿业大学

基金: 国家自然科学基金青年基金资助项目(41501075)

分类号: TU45

总页数: 124

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