基于FBG的引水隧洞检修竖井安全监测系统应用研究

摘要

随着我国水利水电行业的不断发展，引水工程的应用得到了高速发展，地下引水隧洞工程的数量也随之逐渐增多，地位及其重要性也不断提高。但由于引水隧洞的附属构筑物检修竖井在地下工程中的应用时间较为短暂，并且其受力特性十分复杂。上世纪以来，我国华东地区及东北地区相继有数十个竖井发生了不同程度的破坏，给经济生产造成了严重的安全风险和经济损失，因此很有必要构建检修竖井安全监测系统，对检修竖井完工后的应力、应变进行实时在线监测，以避免上诉灾害，为今后类似竖井安全监测工程项目提供参考价值。
　　本论文依托某有压引水隧洞附属构筑物检修竖井，开展了以下研究工作:
　　(1)根据现有的相关文献资料及隧洞检修竖井变形破坏计算理论，选择地层结构理论计算模型对检修竖井完工后的状态进行受力分析计算，推导出其所受的应力状态特征以及相应的稳定性规律。
　　(2)运用有限元计算软件ABAQUS对引水隧洞附属构筑物检修竖井完工后的状态进行了数值模拟计算分析，总结了检修竖井受力分布特征，其受力数值伴随着高程的降低而增大，在检修竖井底部与基岩交界处附近达到峰值，此处应作为检修竖井安全监测的重点区域。
　　(3)结合有压引水隧洞的工程实际，设计并架设了基于FBG的隧洞检修竖井安全监测系统，实现了对隧洞检修竖井的受力监测，并通过实测数据对FBG钢筋计与FBG应变计的可靠性进行了相互验证。
　　(4)构建了对检修竖井安全评定的主要方法，其中包括时空分布评判模型、力学规律评判模型、日常巡查评判准则等，结合安全监测系统的实测数据对检修竖井进行安全评定，以此来达到安全预警的目标。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容和技术路线

2 FBG光纤传感技术及其原理

2．1 FBG光纤传感技术的发展历程及研究应用

2．2 光纤光栅基本特性

2．3 光纤光栅传感基本原理

3 检修竖井结构受力特性及稳定性分析

3．1 竖井变形破坏的工程地质、基本特征规律

3．2 检修竖井井壁承受荷载情况分析

3．3 检修竖井结构受力分析

3．3．1 荷载结构理论

3．3．2 地层结构理论

3．4 检修竖井井壁钢筋混凝土破坏准则

4 隧洞检修竖井数值模拟分析

4．1 材料本构模型

4．2 建立模型

4．2．1 模型简介

4．2．2 基本假定及参数确定

4．2．3 检修竖井模型的建立

4．2．4 单元类型的确定

4．2．5 边界条件及荷载的确定

4．2．6 网格划分

4．3 检修竖井模拟计算结果分析

5 基于FBG的隧洞检修竖井安全监测系统的构建

5．1 项目背景

5．2 隧洞检修竖井安全监测系统

5．3 隧洞检修竖井安全监测系统布设方案原则与监测参数

5．3．1 隧洞检修竖井安全监测系统布设方案原则

5．3．2 隧洞检修竖井监测参数及方法的确定

5．4 隧洞检修竖井安全监测系统的构建

5．4．1 隧洞检修竖井安全监测现场布设方案实施

5．4．2 安全监测FBG光纤传感器技术参数指标

5．4．3 安全监测FBG光纤传感器率定

5．4．4 便携式FBG光纤传感解调仪技术指标

5．4．5 FBG光纤传感仪器的安装埋设

5．4．6 FBG光纤传感仪器的尾缆熔接

6 数据处理与分析

6．1 数据处理

6．2 FBG钢筋计与FBG应变计可靠性的相互检验

6．3 数据分析

7 检修竖井安全评价

7．1 监测数据分析评价方法

7．2 监测系统监控预警

8 总结与展望

8．1 总结

8．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况

攻读硕士学位期间学术成果获奖情况

攻读硕士学位期间参加的科学研究情况