基于分布式光纤传感原理的土工膜破损定位方法

我国是堤坝病险工程最多的国家，每年都耗费巨资用于除险加固。渗透破坏是堤坝溃塌的最主要原因，土工膜是各国规范推荐的柔性廉价防渗材料，在多地震地区、尤其在喀斯特地貌区域几乎是首选材料。水利部曾组织多个土工膜防渗的示范推广工程，然而内置土工膜遭受损伤后很难及时察觉和准确定位，这一缺陷导致抢修时间丧失、使得撕裂和渗透破坏急剧扩展，因此土工膜的应用一直受到很大的制约。. 本项目引入成熟的光谱分析和分布式光纤传感理论，讨论细柔光纤对筑坝材料的"加筋"或扰动作用，研究土工膜破损导致光纤变形或断路、或导致温变的检测方法，结合光纤土工膜创新和防渗铺设研究，从根本上解决防渗内置土工膜破损后的及时报警和定位难题。已申请2项发明专利，初步试验表明：本方法的定位精度优于0.5m，足以满足相关要求。本项研究对于提高土工膜的安全性能、增加坝坡的稳定性、改善防渗体的性价比、明显节约堤坝的除险加固费用等均有重大意义。

土坝内置的防渗土工膜破损后很难及时察觉和准确定位，这一缺陷导致抢修时间丧失、使得溃坝风险剧增，因此土工膜的应用一直受到很大的制约。. 基于分布式光纤传感原理，从根本上解决内置土工膜破损后的及时报警和定位难题。分析了光纤的加筋效果及其与红土结构的亲和性，发明了光纤土工膜，检验了膜-土联合抗震的防渗状况，对光纤土工膜进行了监测设计和应力仿真模拟。采用分布式光纤拉曼光子传感理论和布里渊光时域反射理论进行分项试验和模型试验，分别研究了温差法和应变对比法，建立了以分布式光纤监测土工膜、并对破膜及时定位告警的新技术。. 重点解决了监测数据的分析模式、告警阈值、光纤长度与平面坐标的转换、温差和应变判据互补等关键问题。经过试验分析，提出了2种温变阈值和3种应变阈值，设计了测点坐标的具体转换步骤。以测点的温度自比、相邻各测点温度互比、相邻各测点应变增量互比、应变值衰减核对等5重参数，联合判断并确定破膜位置。. 研究成果对于提高土工膜的安全性能、增加坝坡的稳定性、改善防渗体的性价比等均有重大意义。获得的各种数据还可为其它监测技术的研究完善提供参考。