分布式光纤测温技术在平原水库渗流监测中的应用研究

摘要

平原水库对解决局部地区水资源短缺及分布不均问题发挥着重要作用。渗流问题是影响平原水库安全运行的重要因素，一旦渗流问题发展为溃坝，不仅会使水库失去原有的社会经济价值，还会对人民生命财产安全构成威胁。因此，对水库坝体进行渗流监测非常必要，基于分布式光纤测温系统的渗流监测技术是近年的热点研究方向。该技术现阶段的研究主要集中在光纤监测数学、微分方程的确定，坝体渗流场参数与动态温度的定量耦合关系还需要大量的试验进行验证。本文开展室内渗流监测试验、模型试验及水库现场渗流监测试验，研究了光纤传感技术监测温度与坝内渗流参数之间的动态关系，为光纤测温技术在实际工程中的应用提供技术支持。主要研究内容如下:
　　(1)温度场反馈渗流场试验研究:进行了温度场反馈渗流场的物理模型试验，验证利用温度场反馈渗流场的可行性、可靠性。室内渗流场监测试验研究:通过室内渗流场监测试验，验证光纤监测渗流速率可行性，并通过室内不同工况的基于分布式光纤测温系统渗流监测中加热法的试验，建立光纤温度变化值与渗流流速关系模型，验证应用光纤对渗流进行定量监测的可行性。
　　(2)坝体室内模型渗流场监测试验研究:通过室内试验装置模拟坝体渗流，利用同一相对密实度工况下得到的光纤温度变化值与渗流流速关系模型，得到待测点的渗流速率，并结合数值模拟加以验证，为光纤传感技术在实际工程中的应用提供技术支持。
　　(3)采用基于分布式光纤测温系统的渗漏监测技术在水库现场试验研究:为了能够将室内试验得到的光纤温度变化值与渗流流速关系应用到大屯水库现场，进行了采用现场土的室内标定试验，并且后期在大屯水库现场进行了试验研究，试验达到了预期效果。进行了平原水库渗流监测方案设计:监测方案主要采用普通分布式光纤以及碳纤维加热光纤测管联合布置的形式对水库渗流监测。

目录

声明

摘要

1．1 课题背景

1．2 渗漏监测方法

1．2．1 传统渗漏监测方法

1．2．2 电探法

1．2．3 电磁法

1．2．4 示踪法

1．2．5 点式温度传感法

1．2．6 分布式光纤温度传感法

1．2．7 各种方法对比

1．3 分布式光纤测温系统测温原理

1．4 基于分布式光纤测温系统的渗漏监测方法

1．5 国内外研究现状

1．6 论文主要研究内容

第2章 光纤传感渗流监测可行性试验研究

2．1 温度场反馈渗流场试验研究

2．1．1 试验装置

2．1．2 试验方案

2．1．3 试验数据处理与结果分析

2．2 室内渗流场监测试验

2．2．1 采用碳纤维加热式光纤的测温系统渗流监测原理

2．2．2 试验设计

2．2．3 试验结果分析

2．2．4 光纤温度变化值与流速关系拟合血线

2．3 本章小结

第3章 分布式光纤渗流监测模型试验研究

3．2．1 试验装置

3．3 试验步骤

3．4 试验结果分析

3．5 坝体模型渗流场空间分布

3．5．1 数值计算软件ABAQUS简介

3．5．2 数值计算模型

3．5．3 数值计算模型参数

3．5．4 数值计算结果

3．6 本章小结

4．1 引言

4．2 大屯水库工程资料

4．3 采用现场土的室内标定试验及结果分析

4．4 分布式光纤监测体系现场试验

4．4．1 现场试验设计

4．4．2 现场试验结果分析

4．5 平原水库渗流监测方案设计

4．5．1 监测工作目的及要求

4．5．2 监测方案设计依据

4．5．3 监测方法和使用仪器的确定

4．5．4 围坝监测方案设计

4．5．5 穿坝建筑物监测方案设计

4．5．6 光纤连接方式及所使用设备

4．5．7 数据处理及呈现方法设计

4．6 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

发表论文和科研情况说明