[發明專利]壩體全斷面沉降監測的分布式光纖測量系統及其方法

在審

• 申請號: 201810587337.5
• 申請日: 2018-06-06
• 公開（公告）號: CN108562267A
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 陳生水;何斌;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院
• 主分類號: G01C5/00
• 分類號: G01C5/00
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 栗仲平

壩體全斷面沉降監測的分布式光纖測量系統及其方法：壩體全斷面沉降監測的分布式光纖測量系統，該系統設置在面板堆石壩壩體內的監測溝中，特征是監測溝中設有與監測溝等長的型鋼，型鋼上下平行地固定有兩條應變傳感光纖；兩條應變傳感光纖通過連接光纜接入光纖檢測儀器。型鋼采用H形型鋼或C形型鋼，焊接成一整條放在監測溝里面。光纖為直徑4?6mm的柔性護套光纖。本發明的系統與方法采用分布式光纖測量面板堆石壩內部沉降的測量方法具有很高測量精度，是面板堆石壩內部沉降監測技術的有益補充，且可解決高面板堆石壩內部沉降變形難題。

技術領域

本發明屬于面板堆石壩監測技術領域；具體涉及一種壩體全斷面沉降監測的分布式光纖測量系統。本發明還涉及這種壩體全斷面沉降監測的分布式光纖測量系統的實施方法。

背景技術

目前國內外面板堆石壩內部沉降變形監測通常采用“水管式”沉降計測量沉降變形的方法。這種方法是在大壩填筑到設計規定的監測高程時，預先在大壩內部從上游到下游設置一條垂直于壩軸線的監測管路，在這條管路中安裝埋設“水管式”沉降計來測量垂直變形。這種安裝“水管式”沉降計測量面板堆石壩內部沉降變形變化的情況，只能是一個點，一個點的測量，無法達到分布式的測量。而且隨壩高增大，“水管式”沉降計的管路以近3倍的壩高同步增大，將嚴重影響其沉降包、水管管路及其測量系統中水位平衡，導致“水管式”沉降計測量高面板堆石壩內部沉降變形出現技術困難。

近年來興起的分布式光纖傳感技術具有防水、抗腐蝕和耐久性長等特點，其傳感元件體積小、重量輕，測量范圍廣，便于鋪設安裝，將其植入監測對象中不存在匹配的問題，對監測對象的性能和力學參數等影響較小；光纖本身既是傳感元件又是信號傳輸介質，可實現對監測對象的遠程分布式監測。將分布式傳感光纖直接粘貼在H型鋼或C型鋼的上下翼緣，面板堆石壩內部沉降變形發生時，埋設在堆石體內部的H型鋼或C型鋼隨面板堆石壩堆石體同步發生沉降變形，沿H型鋼或C型鋼長度方向的差異沉降變形將導致H型鋼或C型鋼上下翼緣分別被拉伸和壓縮，從而帶動粘貼于H型鋼或C型鋼上下翼緣的傳感光纖被拉伸和壓縮，現有分布式光纖技術的應變測量精度可達1με（微應變），且空間分辨率可達到1cm，其高應變測量精度和高空間分辨率可以準確測量出粘貼于H型鋼或C型鋼上下翼緣的傳感光纖被拉伸和壓縮形成的應變變形，根據測得粘貼于H型鋼或C型鋼上下翼緣的傳感光纖拉伸和壓縮變形的差值即可計算得各單位長度范圍內壩體內部差異沉降，采用的差值計算方法可以直接消除溫度變化和壩體內部水平位移對傳感光纖的測值影響，以埋設安裝在面板堆石壩內部的H型鋼或C型鋼在下游壩坡引出點為參考點，逐個單位測量長度差異沉降累加即可計算得到面板堆石壩內部全長范圍內以1cm為最小單位測量長度的沉降變形分布，且可測量面板堆石壩縱、橫斷面的內部沉降變形。以高度為20cm的H型鋼或C型鋼為例，采用該技術其1m單位長度的沉降測量精度為0.01mm/m，300m級面板堆石壩其縱斷面最大測量長度約為1000m，采用該方法測量長度1000m縱斷面的內部分布式沉降變形，其理論綜合誤差為mm級。因此采用分布式光纖測量面板堆石壩內部沉降的測量方法具有很高測量精度，是面板堆石壩內部沉降監測技術的有益補充，且可解決高面板堆石壩內部沉降變形難題。

發明內容

本發明所需要解決的技術問題在于，解決高面板堆石壩內部沉降變形難題，提供一種壩體全斷面沉降監測的分布式光纖測量系統，本發明還提供這種壩體全斷面沉降監測的分布式光纖測量系統的實施方法。該系統與方法簡單易行，成本很低，適應于任何面板堆石壩沉降位移測量，特別是高長面板堆石壩，且可以實現自動化測量。

為達成上述目的，本發明提出了一種壩體全斷面沉降監測的分布式光纖測量系統，該系統設置在面板堆石壩壩體內的監測溝中，其特征在于，該監測溝中設有與監測溝等長的型鋼，該型鋼上下平行地固定有兩條應變傳感光纖；該兩條應變傳感光纖通過連接光纜接入光纖檢測儀器。

所述的型鋼可以采用H形型鋼或C形型鋼；該H形型鋼或C形型鋼是焊接成一整條放在監測溝里面。

所述的光纖為直徑4-6mm的柔性護套光纖。