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浸润线监测是判定土石坝渗流状况与坝坡稳定性的重要手段。传统浸润线监测得到很大发展和长时间大量应用,但其点式监测、人工测量、实时性差等不足已阻碍了大坝安全监测发展:随着分布式光纤测温技术监测渗流的出现及相关理论的发展,为大坝浸润线监测提供了新的方向。目前基于分布式光纤测温技术监测渗流方面主要通过光缆集中点式测量与直线型分布式测量,尚未用于浸润线监测。
本文从浸润线监测的基本原理出发,改进光纤敷设方式,设计基于分布式光纤测温技术测量浸润线的一维圆筒与二维矩形槽模型,展开模型试验研究,并运用于石牛水库浸润线测量。本文主要研究内容及相关结论:
(1)测温光缆需采用分散环绕敷设并对其进行电流加热。
(2)研究了水位稳定及其变化对光纤温差值的影响:光纤温差值始终保持——水中＜水位处＜空气,且与加热时间存在函数关系;水位处光纤温差值介于水位以上与以下之间,可以明显判定水面位置。水位上升,温差值突降;位置越高,突降值越大;上升速率越快,变化间隔时间越短。水位下降,反之。
(3)研究了浸润线稳定及其变化对光纤温差值的影响:光纤温差值始终保持--饱和土＜浸润线＜非饱和土,并与加热时间存在函数关系;浸润线光纤温差值介于上、下之间,可以判定浸润线位置。浸润线上升,温差值突降;位置越高,突降值越大;上升速率越快,变化间隔时间越短。浸润线下降,反之。
(4)利用二维矩形槽模型模拟水面与土体稳定渗流并进行多点同时测量,研究其对光纤温差值的影响,结果表明:光纤测量实时性好、数据量大,测量数据快速、方便反映水面与浸润线位置。
(5)在石牛水库已建土坝中布设传统与光纤浸润线监测系统,由监测资料得出的坝体光纤浸润线变化规律与实际比较吻合。
本论文受教育部博士点基金项目“水位涨落时岸坡渐进失稳模拟的三维hp型改进复合单元法(20104316120003)”、湖南省自然科学基金项目“上游式尾矿坝宏细观堆积特性及其坝坡失稳模拟研究(11JJ6046)”和湖南省科技厅科技项目“水库大坝渗流热监控关键技术研究(2009NK2012)”资助。