岩溶塌陷地质灾害治理方案

岩溶塌陷地质灾害治理 第 卷 第 中 国 岩 溶 期 ,,, ::,,,:,,,, ,,,,:,:,,,, ,,:,,, :,,,,:,, 年 月,:,, , ,,,文 章 编 号 ,::,),,,:,:,,:,):,:,):, 岩溶塌陷光纤传感试验装置的标定试验 ，，管 振 德 蒋 小 珍 高 明 ,、,,，中国地质科学院岩溶地质研究 所国 土 资 源 部 广西壮族自治区岩溶动力学重点实验室 广 西 桂 林 ,,,::, ,,,，摘 要 根 据 岩 溶 土 洞 塌 陷 变 形 演 化 特 点 分析土体与传感光纤之间的力学关 ，，。 系 简化塌陷力学模型 加 工 塌 陷 模拟试验装置并进行试验 首先通过对光纤加 载和卸载来模拟土洞形成 过程顶板荷载的变化及 分析传感光纤相应的变形和轴 ， ,。向 应 变 特 点 然 后 研 究 了 土 洞 规 模变化对光纤传感监测的影响 研 究 表 明 在 土 ，，洞 形 成 过 程 中 因 土 洞 规 模 和上覆土层荷 载不一而导致的应力场的分布变化 以 ，及 不同光缆对应力场变化响应灵敏性的差 异 是影响分布式光纤传感技术在岩溶 。 土洞中应用的关键因子 文 中所标定的光 纤传感试验装置能较好地显示岩溶土 ，洞形成演化过程中的应变变化特征 说 明 分布式光纤传感技术可应用于岩溶土洞 。的 监 测 预 警 ,,,,,关 键 词 岩 溶 塌 陷 分布式光纤传感 塌 陷 模 装 置 监 测 试 ,,中 图 分 类 号 文 献 标 识 码 ,,,,,,,,验 ，综 合 作 用 变 形 的 情 况 下 才 产 生 信 号 对 塌 陷 形 成 过 引 言 :程 。,,的 监 测 较 困 难 对 岩 溶 管 道 裂 隙 系 统 中 的 水 气 ，岩 溶 在 我 国 西 南 地 区 分 布 广 阔 随着西部大开发 ，压 力 变 化 这 一 触 发 因 素 进 行 实 时 监 测 只 能 预 报 监 ，，的 进 行 人 类 工 程 活 动 逐 渐 增 多 面 临 的 岩 溶 地 质 ，测 点 所 处 的 岩 溶 管 道 裂 隙 影 响 范 围 内 的 危 险 性 未 ,,,，，灾 害 问 题 日 益 突 出 特 别 是 岩 溶 塌 陷 问 题成 为 。 能 解 决 可 能 发 生 岩 溶 塌陷具体位置定位问题 岩 溶 、，生 随 机 形 成 隐 蔽 传 统 的 监 测 方 式 已 不 能 满 足 需 、、西 南 地 区 高 速 公 路 高 速 铁 路 油气管线等工程建设 ，塌 陷 发 求 分 布 式 光 纤 传 感 技 术 可以实现对 外部物理参量变化 。 面 临 的 主 要 地 质 灾 害 如何 避免岩溶塌陷对这 些 ，进 行 连 续 测 量 同 时 获取其空间分布和随时间 变化 信 ，，工程项 目 特 别 是 已 有 工 程带来的潜在威胁 已 成 为 ,,,，、，息 的 特 点 能 够 系 统 进 行 大 范 围 连 续 监 测但 应 。工 程 地 质 研 究 的 热 点 和 难 点 ,,,),。、用 上 还 面 临 诸 多 问 题本 文 根 据 土 洞 规 模 土 ，，，对 于 地 质 灾 害 应 以 预 防 为 主 治 理 为 辅 所 以 ，洞 形 成 过 程 中 顶 板 力 学 变 化 特 点 等 简 化 塌 陷 模 型 。，岩 溶 塌 陷 的 监 测 预 警 就 显 得 尤 为 重 要 目 前 岩 溶 ，研 制 装 置 并 进 行 岩 溶 塌 陷 模 拟 试 验 获取塌陷过程中 塌 陷 ，的顶 板 应 变 变 化 特 征 以 深 入探索分布式光纤监测技 ,、、的 监 测 主 要 有 地 质 雷 达 扫 描 技 术 岩 溶 管 ,,, 。术在 岩 溶 监 测 中 的 推 广 应 用 道 ,,。 裂 隙 系 统 中 的 水 气 压 力 变 化 监 测 地 质 雷 达 定 期 ，， 扫 描 可 以 发 现 异 常 区 但是受工作环境和深 度限制 光纤传感技术监测原理 , 、，而 且 因 其 操 作 的 专 业 化 成 本 高 对 于 长 期 监 测 来 说、分 布 式 光 纤 传 感 技 术 包 括 基 于 瑞 利 散 射 布 里 渊 。，有 局 限 性 技 术 虽 然 技 术 成 熟 为 分 布 式 监 ,,, ，测 ，，且 设 备 价 格 相 对 低 抗 干 扰 能 力 强 但 监 测 条 件 要 ,,,、“”“基 金 项 目 国家自然科学基金资助项目 岩溶土洞的形成机理研究 中国地质科学院岩 溶 地 质 研 究 所 所 长 基 金 项 目 岩 ,:,:,,,,, 溶 塌 陷 ，、、求 较 为 苛 刻 只 有 监 测 对 象 受 到 剪 切 力 张 力 或 者 ,, ”光纤传感试验装置的研制 ,:,:::,两 者 ,,,，，，,。 ，。第 一 作 者 简 介 管 振 德 男 硕 士 助 理 研 究 员 主要从事岩溶地质灾害研究 ,,,,),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,),, ,收 稿 日 期 ,:,,):,),, 。 散 射 和 拉 曼 散 射 的 三 种 光 谱 分 析 技 术 其 中 瑞 利 散 岩溶塌陷监测模型 ,，,射 为 弹 性 散 射 光 纤中不发生频率移动 布 里 渊 散 射 ，和 拉 曼 散 射 为 非 弹 性 散 射 发生散射 后在光纤中会发 ,,,技 术 监 测 岩 溶 土 洞 塌 陷 的 原 理 是 ,:,,, ,,,。,,生 频 率 移 动布 里 渊 散 射 是 光 波 和 声 波 ,:,,,根 在 光 纤 中 传 播 时 相 互 作 用 而 产 生 的 光 散 射 过 程 ，据 岩 溶 土 洞 的 形 成 演 变 过 程 中 土 洞 的 顶 板 变 形 随 ,图 着 时 间 逐 渐 变 大 直 至 垮 塌 从 而 导 致 地 面 塌 陷 的 现 ,。，布里渊 散射 光频率 与温度 和 应变成线性关系 根 ，,,，,象 在 可 能 发 生 土 洞 塌 陷地 段 水 平 布 置 传 感 光 纤 据 频 率 的 漂 移 量 即 可 计 算出光纤受温度 和 轴 向应变 ，光 纤 受 上 覆 土 层 的 荷 载 作 用 当土洞发育到一定程 。，的 变 化 为 了 得 到 仅 有 应 变 引 起 的 漂 移 可 利 用 温 ，。 度时 传 感 光 纤 发 生 变 形 甚 至 断 裂 通过 对传感光 。度 传 感 器 或 者 不 受 外 力 的 自 由 光 纤 做 温 度 补 偿 ，纤沿线应 变 的 时 空 变 化 分 析 判断土洞形成位置规模 光 纤 与 土 体 的 变 形 协 调 ,,,。及 过程 土 洞 的 形 成 是 由 多 种 致 塌 力 叠 加 作 用 而 导 致 ， 。的 但 最终结果都是 上 覆 层 发 生一 定规模的垮 塌 , 监测土洞的关键在于要准 确 的 捕 捉到 这 种 变 ,, :,) 。 形 ，在 监 测 实 施 中 不 仅要求传感光纤位置布设合 ，。 理 而 且 能 够 与 土 体 保持同步协调变形 关于传感 ，光纤布 设 的 位 置 主 要 由 该地区岩溶塌陷分布特点决 ，，，定 为 了 便 于 研 究 在 模 型 实 验 中 简化 为传感光纤 。，穿越土 洞 顶 板 底 部 中 心 在 塌 陷 过 程 中 塌 陷 点 处 的 图 原 理 图 , ,:,,, ,,,, ,,,,,,,,,,,,:,,:,,,,,,, ，土 体 逐 渐 发 生 变 形 其 中 的光纤也逐渐向下拉伸滑动 ， 。变形 也 即 所 谓 的 协 调 变 形 光 纤 轴 向 应 变 与 中 心 频 率 漂 移 量 的 关 系 ，光 纤 与 土 体 的 协 调 变 形 一方面与光纤 本 身的 材 ,为 ,, ,,ε ，料 特 性 及 结 构 有 关 另一方面和土体与光纤 之 间的 相 ,,,,,, ,,,,:, ε,,ε 。，互 作 用 有 关 土 体 与 光 纤 之 间 的 相 互 作 用 通 过 以 ，,,式 中 为 光 纤 轴 向 拉 伸 时 布 里 渊 散 射 光 频 ,,ε。下 力 学 分 析 来 说 明 ,率 ，图 为 光 纤 与 土 体 之 间 的 力 学 关 系 示 意 图 由 ,,,为 光 纤 轴 向 无 应 力 时 布 里 渊 散 射 光 中 心 频 ,:, ,此 光 纤 内 力 变 化 可 以 表 示 为 ,, ,率 ,,,,,,,,?? ,,, ,,,,, ,,, π,, πε, τ,,,。 为 应 变 系 数 应 变 系 数 由 传 感 光 纤 ,, εε ，,,式 中 为 光 纤 弹 性 模 量 为 光 纤 表 面 的 剪 应 力 , τ，,,自 身 材 料 特 性 确 定 一 般 设 定 为 为 :,,,,,,ε, , ,为 光 纤 直 径 为应变变化梯度 为 光 纤 轴 向 微 分 ,,,ε 。 光 纤 的 轴 向 应 变 入 射 脉 冲 光 波 长 ,,,,, λμ,,,:,, 长 度 求 解 得时 约 为 , ,,,,, ε:,。 ,,温 度 对 中 心 频 率 的 漂 移 :,:,,, ,,,,ε , τμ ,,,有 影 而 光 纤 表 面 的 剪 应力由土体 与光纤表面的摩擦 ，，响 但 温 度 变 化 较 小 时 影 响 较 小 实 验 温 度 变 化 小 ，，力 提 供 滑 动 摩 擦 力比最大静摩擦力小 故 而 以 滑 动 于,摩 擦 力 进 行 计 算 分 析 ，。故 温 度 影 响 可 不 考 虑 , ?,, ?: ,土 ,, ,), ,),),)γτ μμμ,,技 术 是 基 于 时 域 反 射 技 术 的 ,:,,, :,,,其 中 ，为 土 体 与 光 纤 表 面 的 摩 擦 力 ,为 摩 擦 系 ,,,,,, : ,,,,,μ ,。，分 布 式 光 纤 传 感 技 术 根据光 时 域反射技术原理 通 数 , ，,,式 中 是 真 空 中 的 光 速 是 光 纤 的 折 射 率 是 , , , 过 测 定 散 射 光 的 回 波 时 间 就 可 确 定 散 射 点 的 位 , 仪 为 光 纤 上 覆 土体对光纤的垂 直 压 力 为 上 覆 土: ,土 。 置 光 纤 上 任 意 一 点 至 脉 冲 光注入端的距离 可 由 下。器发出 的脉 冲光与接收 到的后 向 散射光的时间差 ，，体 的 重 量 为上覆土体的等效容重 为 上 覆 土 体 , γ ,式计 算 得 到 ,,，根 据式 就 可 以 计算 出 光纤轴向应变的分 ,。,,、,,,的 厚 度 由可 以 得 到 ,, ,, γμ,, ,,,,ε ,) ,,,),，,,，布根 据式 可 以 计 算 出 光 纤 任 意 点 发 生 应 变, 图 光纤与土体之间的力学关系 , ,,,, ,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,:,,,:,,,,:,,,,,,,,,,,, ，可 见 当 土 体 与 光 纤 之 间 发 生 相 对 位 移 时 在 土 体 图 模 型 试 验 装 置 , 、，，厚 度 容 重 不 变 光 纤 材 料 一 定 的 条 件 下 应 变 值 与 摩 ,,,, ,:,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,。擦 系 数 成 正 比 铺 设在土层中的 传感光纤通过光纤 测 试 及 分 析 ，,外 套 与 土 层 的 摩 擦 力 来 实 现 力 的 传 递 若 土 层 发 生 ，。变 形 带 动 光 纤 发 生 变 形 塌 陷 监 测 模 型 的 简 化 ,,,主 要 对 普 通 和 两 种 类 型 的 传 感 光 纤 进 ,,,, ，土 洞 形 成 过 程 中 上 覆 土层荷载 和土洞规模对土 行 。 洞 周 围 应 力 场 的应 力大 小及分布起关键 性 作用 依 。定 距 逐 级 变 载 试 验 和 定 载 荷 不 同 跨 距 试 验 ，据 影 响 监 测 的 关 键 因 素 考 虑监测光 纤与土体的变形 ,测 试 采 用 日 本 安 腾 公 司 生 产 的 ,,,,:,,:,) ，，。协 调 性 简 化 塌 陷 力 学 模 型 加 工 塌陷模拟试验装置 ,，,仪 器 主 要 指 标 如 表 所 示 ,,, ，在 土 洞 形 成 过 程 中 位 于土洞边 缘段的光纤所受 ,,表 技 术 指 标 , ,,,,:,,:,,,，摩 擦 力 及 影 响 范 围 是 变 化 的 这就要 求模型设计中要 ,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,:,,:,,, 。 考 虑 光 纤 的 固 定 问 题 目前有关光纤的 固 定 方式中 技 术 指 标 可 选 参 数 ,,,,),,的 缠 绕 固 定 方 式能 够 有 效 反 应 荷 载 变 化 而 引 起 ，，，，，， 测 试 距 离 ,,,,:,:,:,:,,，。的 摩 擦 力 变 化 故 本 文 采 用 该 方 式 简化塌陷模型为 脉 宽 ,:,,,:,,,:,,,::,,,::,,,,。简 支 梁 的 破 坏 模 式 图 , ?:,::, , ,,,,,,,:,,,,,,,,,,动 ,, ,,态 范 ?:,::, ,围 )),,,,,,,,,,,,, ,, 长 度 分 辨 率 ,,,,,,,,,,,, ,,,, 应 变 测 试 精 度 ?:,::, ,,,,,,?:,::, ,,,,?:,:, , ?:,::, , 应变测试重复性 :,:, ,,:,:, ， ， ,，,试 验 应 变 为 最 小 采 样 间 隔 ?:,::, , ,,σ 图 塌陷模型的简化 ,: ,,,, ,,,,,,,,,,,,,,:,,,:,,, ，，,,最 小 分 辨 率 试 验 进 行 前 对 光 纤 进 行 导 通 ,,, , 测 。试 定 距 逐 级 变 载 试 验 ,,, 试 验 装 置 ,,,，试 验 通 过 对 光 纤 的 加 载 和 卸 载 模 拟 一 定 规 模 ,,、、试 验 装 置 图 由 夹 持 轮 可 调 支 架 百 分 表 测 ,，的 土 洞 形 成 过 程 中 土 洞 顶 板 的 荷 载 变 化 分 析 传 感 、。试 系 统 竖 向 加 载 系 统 组 成 装置可 实现模拟埋入土 。光 纤 的 变 形 和 轴 向 应 变 变 化 特 点 ， 体中的 光纤 与土体之间 相对位 移 随荷载变化而变化 试 验 过 程 ,,,,,可 以 模 拟 测 试 跨 度 的 不 同 荷 载 的 土 洞 :,,,,, , :，试 验 假 设 土 洞 直 径 为 传 感 光 纤 埋 深 ,,, ,, ,。形 成 。 并 且 水 平 穿 过 土 洞 中 心 选 用 和 普 通 传 感 ,,,, 光 ，，纤 为 了 结 合 实 际 应用便于统计分析 采 用 光 纤 上 的 。，标 码 进 行 记 录 说 明 光 纤 缠 绕 段 分 别 是 ,,,, ,,: 、，加 载 点 位 于 ,,, ,,,,,,,,:,, ,,,,,:, ,:: ,，， 处 普 通 传 感 光 纤 缠 绕 段 分 别 是 ,:,,,:,, ,: ，。加 载 点 位 于处 采 ,:,,,,,::,,,,,:,,,:,, : 用 百 分 表 和 对 传感光纤的受力 点 变 形及应 ,,,,:, 。、、、、、变 进 行 测 量 采 用 :,:,,,,,,,,,, ,,,,, ，，逐 级 加 载 方 式 待加载稳定后 开 始 测 试 加 载 至 ,,, 。 荷 载 后 进 行 逐 级 卸 载 试 验 并 进 行 记 录 ,, 测 试 数 据 处 理 及 分 析 ,,,,, 应 变 仪 的 测 试 原理在测定光 纤上任意点应变的 ,,图 荷载与加载点垂向位移关系曲线 普 通 光 纤 ,， 最 高 测 距 分 解 度 为 即 计 算 光 纤 上 某 测 量 点 应 , ,,,,, ,,,,,,,,,:,,,,,,,,,:,,:,,,, ，变 时 均 以 测 量 点 为 起 点 向 前 内 发 生 的 布 里 , , ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,:,,, ,,,渊 散 ，射 光 频 率 漂 移 量 为 依 据 测 量应变值 实际上反,,:,,,,,,:,,,,,,,,,,,, ,,,,),,。光 纤 内 发 生 的 综 合 应 变 量映的是 , , ，导 通 测 试 完 成 后 对 固 定的光纤 进行首次测量并 ，设 定 为 初 始 状 态 加载 测 试 值减去初 始值即为应变变 。化 量 ，通 过 对 荷 载 与 荷 载 点 位 移 曲 线 分 析 传 感 光 纤 。力 变 形 随 着 荷 载 增 加 逐 渐 稳 定 光 纤 与 受 ,,,, 普 通 ，光 纤 相 比 受 力 点 变 形 小且卸载后残余应 变 小 ,见 图 、,。不 同 传 感 光 纤 对 顶板荷载的变化 响 应 程度不 ,, ，一 样 在 实际 工 程中应 该 根 据土体与 光纤的变形协调 。性 和 顶 板 荷 载 选 取 能 较 好 响 应 的 传 感 光 纤 ，从 图 可 以 看 到 光 纤 受 荷 后 应 变影响范围最小 :,,图 加载的应变变化 : ,,,, ,,,,,: ,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,:,,,,,,,,,,, ，，为 最 大 为 即 影 响 ,,,,,,,, ,,,,,:,,,,, ,:: ，直 径 在之 间 这 是 因 为 光 纤 荷 载 加 ,,,,,,,:，两 端 的 拉 力 随 之 相 应 增 大 缠绕段的摩擦力 必 然也 ，大 变 。大 从图上可以看到 光 纤 荷 载 变 大 其 应 变 影 ,,,, ，响 范 围 明 显 变 大 这 主 要 因 为 光 纤 外 套 与 ,,,, 缠 ，绕 体 之 间 的 摩 擦 系 数 较 小 只能通过扩大提 供 摩 。擦 段 长 度 来 提 供 足 够 的 摩 擦 力 ，从 图 可 以 看 出 普通光纤受荷后的应 变 影响 范 , ，。围 在 随 载 荷 变 化 小 原 因 在 于 ,:,,,,,:::,,,: ，普 通 光 纤 与 缠 绕 体 之 间 的 摩 擦 系 数 较 大 可 以 在 一 定 。 荷 载 内 不 扩 大 受力段而提供足够的摩擦力 通 过 对 ，两 种 光 纤 的 受 荷 变 化 分 析 得 到 普 通 通 讯 光 纤 较 ,,图 荷载与加载点垂向位移关系曲线 , ,,,, ，光 纤 反 应 灵 敏 但 承 受 荷 载 较 光 纤 ,,,, ,,,, ,,,, ,,,,,,,,,:,,,,,,,,,:,,:,,,,,,,, ,, ,,， ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,:,,,,,,,小 ,,, 宜 布 置 在 上 覆 荷 载 较 小或者土体 与光纤粘结力 。较小 的 土 层 中 ,,,,图 加载的应变变化 普 通 光 纤 图 卸荷的应变变化 普 通 光 纤 ,,: ,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,:,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,, ,,,,: ,,,,,,, ,,,,:,,,,,,:,,,,,,,,,,:,,,,,,:,,,,,,,,,, ,,,, 定 荷 载 不 同 跨 距 试 验 ,,,，与 光 纤 胶 结 一 起 的 土 体 随 着 土 洞 的 形 成 开 始 破 试 验 目 的 是 通 过施加定荷载改变跨度研究土洞 ，。散 导 致 传 感 光 纤 受 荷 逐 渐 变 小 通 过卸载试验可重 。直 径 变 化 对 传 感 光 纤 轴 向 应 变 的 影 响 现 土 洞 顶 板 从 开 始 垮 塌 到 土 体 与 光 纤 分 离 的 过 试 验 过 程 ,,,,,,、,从 卸 荷 过 程 图 可 以 看 到 传 感 光 纤 的 应 变 。 程 ,,:，考 虑 传 感 光 纤 的 强 度 对 普 通 传 感 光 纤 选 用,,数 值 ，，较 加 载 过 程 略 大 说明随着荷载的增大 长 时 间 , ，的 荷 载 作 用 使 传 感 光 纤 内 部 发 生 了 极 小 的 塑 性 变 形 ，， 载 荷 光 纤 选 用 进 行 测 试 跨 度 分 别 为,,,, ,,, 。、、、。 ，对 应 点 的 应 变 值 也 较 加 载 过 程 大 标 记 荷 载 点 位 置 施 加 ,,: ,,,, ,,,:,,,, , ，，。，预 紧 力 进 行 导 通 测 试 加 载 稳 定 后 进 行 测 试 通 过 试 验 可 以 看 出 光 纤 加 载 点 处 的 轴 向 应 测 试 数 据 处 理 及 分 析 ,,,,, 、 ，变 荷 载 有 较 好 的 对 应 关 系 能 够反应荷 载位置及变，为 了 更 好 的 分 析 应 变 图 像 首 先 进 行 定 荷 载 的 简 ，化趋 势 能 够 对土 洞 发生的 位 置 及光纤上 覆荷载产生 ,,，，单 力 学 分 析 图 假 设 缠 绕 固 定 点 跨 距 离 为 ,,,。有效 的 响 应 ，同 时 在 挠 度 较 小 时 可 视 未 发 生 变 化 荷 载 点 垂 , ，、同 时 可 以 看 出 土 洞 上 覆 土 层 的 厚 度 土 体 与 向 位 ，，移 为 荷 载 为 传 感 光 纤 轴 向 受 拉 力 为 ,,?、传 感 光 纤 之 间 的 摩 擦 力 土 体 自身的凝 聚力对传感 ，。 ，传 感 光 纤受拉后与水平 夹 角 为根 据 图 示 荷 ,θ，，光纤 的 选 择 性 光 纤 弹 性模量过大导致反应不灵敏 。载 点 垂 向 受 力 平 衡 。弹 性 模 量 过 小 将 导 致 变 形 超 过 测 试 范 围 图 加载段受力分析 ,, ,,,,, ,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,:, ,, ，，根 据 图 可 以 看 到 最 大 跨 距 最,,,,,, ,,? ，， 小 值 为 在小变形条件下 可 视 斜 边 近,,,::: ,, ,,图 卸荷的应变变化 , ,,,,,，，，,，似 等 于 故 计,,,,,,,,,,,:,,,,,,,?θ?θ ,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,, ,, ,,、、，，，算 在 各 个 跨 距 值 分 别 为 通讯光纤 弹 性 模 量 较 低摩 擦 力 大光 纤 相 反 :,:,:,:,:,:,,,,, ,,, Δ、 ,。受荷易导致应变段变大通过分析光纤材料特 性 与荷 。:,:,, ，。载可以根据图像判断土洞变形规模上的变化 ,,图 不同跨距应变值 ,, ,,,, ,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,图 不同跨距对应的垂向位移 ,,, ,, ,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,, 结 论 , ，，若 很 小 故 由 公 式 可 以 ,,,:,,,θθ?θ 得 到 ,,，在 上 覆 荷 载 变 化 条 件 下 岩溶塌陷过程中的 ,,,, ,, , , θ、、光 纤 轴 向 应 变 变 化 趋 势 荷 载 变 化 光纤变形具有良 ，可 见 在 不 考 虑 材 料 因 素 的 条 件 下 传 感 光 纤 的 轴 ，。好 的 对 应 关 系 能 较 好地反映土洞的形成过程 利 用 ，，向 拉 力 与成 反 比 极小变化范围内 对 传 感 光 纤 θθ、光 纤 传 感 技 术 对 土 洞 发 生 的 位 置 规 模 和 发 生 过 程 。轴 向 拉 力 的 影 响 不 大 。进 行 监 测 前 景 喜 人 ，对 于 普 通 通 讯 光 纤 其 中 跨 距 时 差 异 相 ,,, , ,,，上 覆 荷 载 不 变 条 件 下 土 洞规模与光纤应变 , ，。 对 较 大 导 致 该 跨 距 的 应 变 值 有 一 定 变 化 从 图 ,，段 范 围 成 对 应 关 系 但传感光纤材料的不同 将 影响 到 , 。应 变 范 围 大 小 ，可 以 看 到 应 变 段 范 围 为 与 跨 距 变 化 范 ,,,,,, ,:,,选择 合 适 的 光纤类型或者通过间接 测 量的 形 ,。 围 成 对 应 关 系 ,,,, , :，，式 提 高 土 体 与 光 纤的变形协调性 有助于增强监测 。响 应 的 灵 敏 度 ,,， 本 试 验 装 置虽然建立在简化模型的基础上 , 但 仍 然 能 够 反 应 出 土 洞 变 形 导 致 的 光 纤 的 应 变 特 ， 、。征 对 下 一 步 的 室 外 试 验 具 有 指 导 借 鉴 作 用 参 考 文 献 ,, ,,,陈 国 亮 岩溶地面塌陷 的 成 因 与 防 治 北 京 中 国 铁 道 出 版 ,,,, ,社 ,,,,,,,),,, ,, ，，，唐 天 国 朱 以 文 蔡 德 所 等 光纤岩层滑动传感 监测原理及实验 ,, ,,，，,,,研 究 岩石力学与工程学报 :,,::,,,,,,:),,,, ,, ，，，蒋 小 珍 雷 明 堂 陈 渊 等 岩 溶 塌陷的光纤传感监测试验研究 ,, ,,图 不同跨距应变值 普 通 光 纤 ,, ,,，，,水文地质工程地质 :,,::,,:,),:, ,, ,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,, ，，，,,李 瑜 朱 平 雷 明 堂 等 岩溶地面塌陷监测 技 术 与 方 法 中 国 ,,:, ，,,,,岩 溶 ,::,,,,,:,),:,, ,,，对于 光纤图光 纤 跨 度 与 应 变 段 范 围 ,,,,,, ，，有着对应关系从开始应变变化较大这可 以 根 据 ,, ,,下 转 第 页 ,,:，光纤的弹性模 量及光纤与缠 绕 体的 摩 擦 力 分 析普 通 ， ,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,:,,,:,,:,,,,,,,,,,,,,:,,,,:,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,:,,,,,,:,,,,:,,:,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,, 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