光纤传感技术在岩溶土洞(塌陷)模型试验中的应用研究

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1、光纤传感技术在岩溶土洞（塌陷）模型试验中的应用研究管振德，蒋小珍，高明（中国地质科学院岩溶地质研究所，桂林，541004）摘要：根据岩溶土洞（塌陷）分布和变形演化特点，分析土体与传感光纤之间的力学关系，简化塌陷模型，加工特定的试验装置，采用分布式光纤传感技术进行了岩溶塌陷模型试验研究。首先通过光纤上荷载的有序变化模拟土洞形成过程，然后研究了土洞规模变化对光纤传感监测的影响，最后通过两种传感光纤试验结果，说明光纤的适宜性。研究表明：分布式光纤传感技术应用于岩溶土洞预警监测是可行的，能够对土洞的形成演化进行有

2、效的响应。关键词：岩溶塌陷；分布式光纤传感；塌陷模型；监测；试验中图分类号：P642.254文献识别码：AApplicationofdistributedopticalfibersensingtechnologyinsinkholecollapsemodeltestGUANZhen-de1,JiangXIAO-zhen,GAOMing(InstituteofKarstGeology,CAGS,Guilin541004,China)Abstract:Accordingtothedistributionand

3、deformationcharacteristicsofthesinkholecollapse,weanalyzedthemechanicrelationbetweenthesoilandthesensingfibertosimplifythesinkholemodel,processedspecificexperimentdevices,andadoptedadistributedopticalfibersensingtechnologyformodelexperimentofsinkholecolla

4、pse.Firstly,thesinkholeformationprocesswasstimulatedwiththeorderlychangesinloadontheopticalfiber.Secondly,theimpactofthechangesofsinkholesizeonthesensingfibermonitoringwasanalyzed.Finally,fibersuitabilitywasindicatedbycomparingtheresultsofthetestsusingdif

5、ferentfibers.Thestudyshowsthatitisfeasibletousethedistributedopticalfibersensingtechnologyinearly-warningmonitoringofsinkhole,whilerespondingeffectivelytosinkholeformingandevolving.Keywords:sinkhole;distributedopticalfibersensing;sinkholecollapsemodel;mon

6、itoring；experiment.0引言我国岩溶面积辽阔，主要分布在西南地区，尤以鄂西、贵州、广西、滇东等较为集中。随着这些地区的经济发展，人类工程活动逐渐增多，面临的岩溶地质灾害问题日益突出，引起了广泛关注。针对我国发生的岩溶塌陷问题，据不完全统计，塌陷坑在1994年就已超过了3万个，同时每年以惊人的速度递增[1]。——————————基金项目：国家自然科学基金资助项目（40972231）“岩溶土洞的形成机理研究”；中国地质科学院岩溶地质研究所所长基金（2010009）“岩溶塌陷光纤传感试验装置的研

7、制”作者简介：管振德（1983-），男，湖北蕲春人，硕士，实习研究员，主要从事岩溶地质灾害研究。E-mail：guanzd@karst.ac.cn当高速铁路、公路、石油管道线从这些地区穿越，如何避免岩溶塌陷对这些工程项目带来的潜在威胁已成为工程地质研究的热点和难点。国内外针对岩溶塌陷的研究主要集中在岩溶塌陷的分布规律及机理、勘测技术和防治措施等方面，形成了真空吸蚀论、振动论等致塌理论及比较成熟的勘测技术指南。在防治措施上，以防治为主的思路为指导，采取了以治理岩溶水为主，充分利用岩溶形态进行治理，取得了较好

8、的经济效益。但岩溶塌陷所具有的特性：突发性、隐蔽性、不确定性及时空效应，必然要通过监测预警来实现工程的安全运行。目前，岩溶塌陷的监测主要有：地质雷达扫描，TDR技术，岩溶管道裂隙系统中的水（气）压力变化监测。地质雷达定期扫描可以发现异常区，但是受工作环境和深度限制，而且因其操作的专业化、成本高，对于长期监测来说有局限性。TDR技术虽然具有技术成熟，分布式监测，设备价格相对低廉，抗干扰能力强，但是其对监测条件要求较为苛刻，只有监