高速公路高边坡FBG传感器监测及稳定性分析

论文摘要

本文应用光纤布拉格光栅传感器对攀枝花至田房（川滇界）高速公路（简称为攀田高速）12个高边坡进行健康监测。采用FBG制作新型深部测斜仪,并应用到边坡监测中,研究采用新的方法计算深部测斜仪的挠度,建立优化模型来求解潜在滑裂面的位置。同时,利用Geo-slope软件中的SLOPE/W模块对边坡进行稳定性分析。研究内容及成果如下:1)分别在深部测斜仪及锚杆安装光纤布拉格光栅应变和温度传感器,数值模拟分析确定深部测斜仪在边坡上的布设位置,采集监测数据,根据光纤布拉格光栅波长与应变之间的关系公式,得到锚杆、深部测斜仪各测点的点应变。引入差分方法计算测斜仪挠度,通过实验室标定,与文献中方法进行对比,验证差分方法的优越性,然后利用差分方法计算得到深部测斜仪挠度值。2)对离散的挠度数值进行多项式拟合,以挠度与深部测斜仪所在直角坐标系中的相应位置为约束条件,建立最优化数学模型,利用Lingo软件求解,得到圆弧形潜在滑裂面的位置。3)对攀田高速公路所监测高边坡进行数值模拟,算得支护前后边坡的最小安全系数,考虑施工操作平台等因素对边坡稳定性的影响,针对现场的锚杆灌浆长度,分别对不同锚固段长度进行数值模拟,为以后的边坡支护提供参考依据。本文首次利用FBG制作深部测斜仪,并对其精度进行分析,利用差分方法计算挠度,为以后的监测数据处理提供手段;对加固前后的边坡进行数值模拟,及时评估加固后边坡的稳定性和安全性,降低滑坡风险。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和来源
• 1.2 本课题研究的目的和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 光纤布拉格光栅传感器现场安装及布设
• 2.1 引言
• 2.2 攀田高速公路边坡工程概况
• 2.3 光纤布拉格光栅传感器的原理及制作
• 2.3.1 光纤布拉格光栅传感器简介
• 2.3.2 光纤光栅的基本结构
• 2.3.3 光纤布拉格光栅的制作
• 2.3.4 光纤布拉格光栅传感器工作原理
• 2.4 光纤传感器的现场安装布设
• 2.4.1 光纤布拉格光栅在锚杆上的安装
• 2.4.2 光纤布拉格光栅传感器在深部测斜仪上的安装布设
• 2.5 数据采集
• 2.5.1 数据采集时间安排
• 2.5.2 监测数据现场采集
• 2.6 本章小结
• 第3章 深部测斜仪挠度及锚杆受力分析
• 3.1 引言
• 3.2 锚杆受力分析
• 3.2.1 锚杆监测数据分析
• 3.2.2 失稳边坡锚杆安全性评定
• 3.3 深部测斜仪监测数据挠度求解
• 3.3.1 深部测斜仪挠度求解公式
• 3.3.2 差分方法求解深部测斜仪挠度
• 3.3.3 差分方法的实验验证
• 3.3.4 实验误差分析
• 3.3.5 实测边坡挠度
• 3.4 最优化模型的建立及求解
• 3.4.1 最优化模型的建立
• 3.4.2 非线性规划模型的求解
• 3.5 本章小结
• 第4章 边坡稳定性分析
• 4.1 引言
• 4.2 数值分析模型的建立
• 4.2.1 极限平衡分析的垂直条分法
• 4.2.2 数值分析模型的建立
• 4.3 边坡稳定性数值模拟及分析
• 4.3.1 SLOPE/W程序简介
• 4.3.2 支护前后边坡稳定性数值模拟
• 4.3.3 施工平台对最小安全系数的影响
• 4.3.4 边坡锚杆锚固长度的探讨
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢