堤坝渗漏分布式光纤传感检测模拟装置试验研究

论文摘要

渗漏是堤坝破坏、溃决的主要原因,实时有效地对堤坝渗漏隐患进行探测与监控是堤坝安全工作的一个重要部分。堤坝渗漏发生过程中伴随有堤坝土体温度物理量变化,采用分布式光纤温度传感是堤坝渗漏检测的一种行之有效的新方法。本文基于商业化的DiTeSt光纤传感分析仪,构建了一套堤坝渗漏检测系统,包括堤坝渗漏模拟装置,渗漏控制单元和光纤传感单元,并进行了大量的现场测试和数据分析,在分布式光纤传感技术应用于堤坝渗漏检测方面获得了有用的研究成果。论文主要内容包括:1.探讨了堤坝渗漏与管涌的形成机理,推导了渗漏引起的土介质热传导方程,讨论了渗漏与温度变化间的对应关系;2.提出了堤坝渗漏的分布式光纤传感检测技术,构建了基于DiTeSt光纤传感分析仪的堤坝渗漏检测系统;3.研发了堤坝渗漏模拟系统,对模拟装置各零部件进行了设计;4.研究了堤坝渗漏模拟控制系统,采用可编程控制的流量控制阀进行堤坝渗漏流量控制,建立了ZAJQ型智能控制阀的PID控制数学模型,借助LABVIEW软件开发了相应的控制软件;5.对堤坝渗漏模拟检测系统进行了现场试验研究,通过采用郑州黄河堤坝原料土介质进行的室外渗漏现场测试和室内进行的应变对温度曲线的影响测试,得出分布式光纤传感识别渗漏发生与发展的判据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 项目提出及背景意义
• 1.2 堤坝渗漏探测方法概述
• 1.2.1 高密度电阻率法
• 1.2.2 电磁法
• 1.2.3 探地雷达法
• 1.2.4 瑞雷波法
• 1.2.5 浅层地震法
• 1.2.6 同位素示踪法
• 1.2.7 分布式光纤传感监测技术
• 1.3 堤坝渗漏试验模型研究现状
• 1.4 论文的主要内容
• 第二章 分布式光纤温度传感原理
• 2.1 光纤基本概念
• 2.2 激光在光纤中的传播
• 2.3 分布式光纤温度传感工作原理
• 2.3.1 光时域反射（OTDR）技术原理
• 2.3.2 光纤中的布里渊散射
• 2.3.3 布里渊频移与温度变化关系
• 2.4 本章小结
• 第三章 渗漏检测系统设计
• 3.1 基于温度变化的渗漏探测原理
• 3.1.1 渗漏的形成机理
• 3.1.2 渗漏形成后的土体热传导模型研究
• 3.1.3 光纤温度传感与渗漏的关系
• 3.2 渗漏检测系统的总体方案
• 3.3 渗漏模拟装置设计
• 3.3.1 渗漏模拟单元的组成
• 3.3.2 渗漏模拟单元结构件设计
• 3.4 传感检测单元设计
• 3.4.1 传感光纤布置方案
• 3.4.2 DiTeSt光纤传感分析仪简介
• 3.4.3 传感光缆附件设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 堤坝模拟渗漏控制系统设计
• 4.1 渗漏控制系统总体方案
• 4.2 渗漏控制系统硬件组成
• 4.2.1 流量传感器的选择
• 4.2.2 流量控制阀的选择与性能分析
• 4.2.3 数据采集卡的选择与性能分析
• 4.3 渗漏控制系统软件设计
• 4.3.1 渗漏控制系统软件系统组成及功能
• 4.3.2 PID控制原理
• 4.3.3 Labview编程语言介绍
• 4.3.4 PID控制软件编程
• 4.4 流量控制阀的PID参数调试
• 4.4.1 流量控制阀的控制信号与转角对应关系分析
• 4.4.2 PID参数调试
• 4.5 总结
• 第五章 堤坝渗漏检测的试验研究
• 5.1 模拟渗漏检测试验方案
• 5.2 模拟渗漏试验
• 5.2.1 室外试验步骤
• 5.2.2 室外试验结果分析
• 5.3 室内试验方案与步骤
• 5.4 室内试验与结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 研究总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A: 攻读学位期间发表的学术论文
• 附录B: 攻读学位期间取得的科研成果