一種巖土體滲流速率分布式監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種巖土體滲流速率分布式監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)，所述方法包括如下步驟：碳纖維光纜埋設(shè)于巖土體中；通電加熱，利用DTS解調(diào)設(shè)備解調(diào)、記錄碳纖維光纜通電加熱過(guò)程中的溫度值；運(yùn)用數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)確定碳纖維光纜特征溫度值，根據(jù)碳纖維光纜特征溫度值與巖土體滲流速率的線性關(guān)系Tmax＝b-aV,計(jì)算出巖土體滲流速率，其中Tmax為碳纖維光纜特征溫度值，V為巖土體滲流速率，a和b為常數(shù)。所述系統(tǒng)包括電源與電流控制系統(tǒng)、碳纖維光纜、DTS解調(diào)設(shè)備、數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)。本發(fā)明采用了碳纖維光纜內(nèi)加熱的方法，對(duì)碳纖維光纜進(jìn)行主動(dòng)加熱，使碳纖維光纜與周圍巖土間產(chǎn)生較大的溫差，大大提高了DTS解調(diào)設(shè)備對(duì)滲流速率的監(jiān)測(cè)精度和敏感性。
【專利說(shuō)明】一種巖土體滲流速率分布式監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及巖土體滲流災(zāi)害防治領(lǐng)域，具體涉及一種巖土體滲流速率分布式監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]巖土體中的滲流場(chǎng)是影響水庫(kù)大壩、江河堤防、邊坡基坑等穩(wěn)定性的主要因素，因此，對(duì)巖土體中滲流場(chǎng)的監(jiān)測(cè)是巖土工程防災(zāi)減災(zāi)中必不可少的工作。多年來(lái)，相關(guān)領(lǐng)域的科研以及工程實(shí)踐從不同方面對(duì)滲漏危害、滲流監(jiān)測(cè)等方面的研究工作投入了大量的精力并取得了豐碩的成果。滲流監(jiān)測(cè)工作是治理各類滲漏災(zāi)害、開展?jié)B漏機(jī)理研究的重要基礎(chǔ)性工作。高效的滲流場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法在實(shí)際工程使用中有著廣泛的應(yīng)用，具有十分重要的意義。
[0003]目前，業(yè)界普遍使用的滲流場(chǎng)監(jiān)測(cè)方式主要有以下幾種:電磁法、熱阻抗法、電阻率法、分布式光纖測(cè)溫技術(shù)(DTS)等電磁法在使用中無(wú)需在巖土體中打鉆，可操作性強(qiáng)，缺點(diǎn)在于結(jié)果具有多解性，且無(wú)法推斷滲流速度；熱阻抗法能夠?qū)τ跐B流速度進(jìn)行分布式定量化監(jiān)測(cè)，缺點(diǎn)在于監(jiān)測(cè)介質(zhì)的熱阻抗標(biāo)定難度較大；電阻率法能夠精確測(cè)量介質(zhì)的電阻率，缺點(diǎn)在于影響電阻率的因素較多，且容易被干擾。因此這幾種方法都不適宜于滲流場(chǎng)的監(jiān)測(cè)。
[0004]近年來(lái)，DTS技術(shù)開始應(yīng)用于巖土體的滲流場(chǎng)監(jiān)測(cè)，但同時(shí)也出現(xiàn)了不少問(wèn)題，如對(duì)于流速較小的滲流因與周圍巖土體溫差較小而無(wú)法監(jiān)測(cè)到；又如測(cè)量精度易受環(huán)境溫差的影響等，因而，目前DTS技術(shù)只能適用于溫差較大、流速較大的滲流場(chǎng)監(jiān)測(cè)，還不能滿足所有滲流場(chǎng)的監(jiān)測(cè)。
[0005]但是基于這些技術(shù)的滲流場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法都有其缺點(diǎn)和適用的范圍，無(wú)法完全滿足巖土體中滲流場(chǎng)監(jiān)測(cè)的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種巖土體滲流速率分布式監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)，基于DTS技術(shù)，運(yùn)用碳纖維光纜內(nèi)加熱、溫度感測(cè)的特點(diǎn)，通過(guò)碳纖維光纜特征溫度值來(lái)確定巖土體滲流速率，解決了現(xiàn)有DTS技術(shù)只能適用于溫差較大、流速較大的滲流場(chǎng)監(jiān)測(cè)等缺點(diǎn)。
[0007]本發(fā)明為解決上述問(wèn)題，采用以下技術(shù)方案:
[0008]一種巖土體滲流速率分布式監(jiān)測(cè)方法，包括如下步驟:
[0009]步驟一、將碳纖維光纜埋設(shè)于巖土體中，所述碳纖維光纜為具有內(nèi)加熱功能的碳纖維溫度感測(cè)光纜，包括加熱光纜和感測(cè)光纖；
[0010]步驟二、對(duì)步驟一所述碳纖維光纜進(jìn)行通電加熱，利用DTS解調(diào)設(shè)備解調(diào)、記錄碳纖維光纜通電加熱過(guò)程中的溫度值；所述DTS解調(diào)設(shè)備是基于拉曼光時(shí)域發(fā)射測(cè)量技術(shù)進(jìn)行分布式溫度測(cè)量，感溫元件為步驟一所述碳纖維光纜；
[0011]步驟三、運(yùn)用數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)采集、分析步驟二得到的溫度值，確定碳纖維光纜特征溫度值，根據(jù)碳纖維光纜特征溫度值與巖土體滲流速率的線性關(guān)系Tmax = b-aV,計(jì)算出巖土體滲流速率，其中Tmax為碳纖維光纜特征溫度值，V為巖土體滲流速率，a和b為常數(shù)，通過(guò)標(biāo)定試驗(yàn)確定；所述碳纖維光纜特征溫度值為通電加熱后碳纖維光纜形成的溫度場(chǎng)穩(wěn)定時(shí)的溫度。
[0012]進(jìn)一步地，步驟一所述加熱光纜包括碳纖維加熱絲、導(dǎo)線、內(nèi)護(hù)套和外護(hù)套，碳纖維加熱絲位于內(nèi)護(hù)套和外護(hù)套之間，導(dǎo)線連接在碳纖維加熱絲兩端；所述感測(cè)光纖位于加熱光纜中心，由內(nèi)到外依次包括纖芯、包層、涂敷層和護(hù)套。
[0013]進(jìn)一步地，步驟一所述碳纖維光纜按繞圈密度為75-330圈/m纏繞在管外徑5-20cm的管子上，將所述管子封裝保護(hù)后再埋設(shè)于巖土體中。
[0014]進(jìn)一步地,所述管子為PVC管或金屬管或軟管。
[0015]進(jìn)一步地,步驟三所述標(biāo)定試驗(yàn),包括如下步驟:
[0016]步驟一、將碳纖維光纜埋設(shè)于若干組預(yù)配滲流速率的巖土體中，所述碳纖維光纜為具有內(nèi)加熱功能的碳纖維溫度感測(cè)光纜，包括加熱光纜和感測(cè)光纖；
[0017]步驟二、對(duì)步驟一所述各碳纖維光纜進(jìn)行通電加熱，利用DTS解調(diào)設(shè)備解調(diào)、記錄各碳纖維光纜通電加熱過(guò)程中的溫度值；所述DTS解調(diào)設(shè)備是基于拉曼光時(shí)域發(fā)射測(cè)量技術(shù)進(jìn)行分布式溫度測(cè)量，感溫元件為步驟一所述碳纖維光纜；
[0018]步驟三、運(yùn)用數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)采集、分析步驟二得到的溫度值，確定各碳纖維光纜特征溫度值，擬合出碳纖維光纜特征溫度值與巖土體滲流速率的線性關(guān)系Tmax = b-aV,其中Tmax為碳纖維光纜特征溫度值，V為巖土體滲流速率，a和b為常數(shù)；所述碳纖維光纜特征溫度值為通電加熱后碳纖維光纜形成的溫度場(chǎng)穩(wěn)定時(shí)的溫度。
[0019]一種巖土體滲流速率分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括電源與電流控制系統(tǒng)、碳纖維光纜、DTS解調(diào)設(shè)備、數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)；所述碳纖維光纜為具有內(nèi)加熱功能的碳纖維溫度感測(cè)光纜，包括加熱光纜和感測(cè)光纖，所述加熱光纜包括碳纖維加熱絲、導(dǎo)線、內(nèi)護(hù)套和外護(hù)套，碳纖維加熱絲位于內(nèi)護(hù)套和外護(hù)套之間，導(dǎo)線連接在碳纖維加熱絲兩端；所述感測(cè)光纖位于加熱光纜中心，由內(nèi)到外依次包括纖芯、包層、涂敷層和護(hù)套；所述DTS解調(diào)設(shè)備是基于拉曼光時(shí)域發(fā)射測(cè)量技術(shù)進(jìn)行分布式溫度測(cè)量，感溫元件為所述碳纖維光纜；所述導(dǎo)線連接電源與電流控制系統(tǒng)，所述感測(cè)光纖連接DTS解調(diào)設(shè)備，所述DTS解調(diào)設(shè)備再與數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)連接。
[0020]本發(fā)明原理:埋設(shè)于巖土體中具有內(nèi)加熱功能的碳纖維溫度感測(cè)光纜，在恒定電流作用下，根據(jù)歐姆定律，會(huì)以額定功率產(chǎn)生熱量。碳纖維光纜被加熱后會(huì)對(duì)周圍巖土體發(fā)散熱量，碳纖維光纜以及周圍的巖土體也被加熱至一定溫度。巖土體的導(dǎo)熱特性與巖土中的滲流存在密切的關(guān)系，滲流能夠?qū)r土體中的熱量吸收并帶走，使巖土體降溫，降溫的程度與滲流速率成正比線性關(guān)系。當(dāng)滲流速率較小時(shí)，滲流在單位時(shí)間內(nèi)帶出的熱量就小，對(duì)巖土體的降溫影響也就?。欢?dāng)流速較大時(shí)，滲流帶走的熱量就多，對(duì)巖土體的降溫影響也就大；當(dāng)滲流帶走的熱量與加熱碳纖維光纜產(chǎn)生的熱量相等時(shí)，就達(dá)到熱量動(dòng)態(tài)平衡，碳纖維光纜及周圍巖土體的溫度也就不會(huì)發(fā)生變化。我們把達(dá)到熱量動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，碳纖維光纜所測(cè)得的溫度稱為特征溫度。顯然特征溫度的大小與滲流速率同樣成線性關(guān)系。根據(jù)這一原理，通過(guò)DTS測(cè)定碳纖維光纜特征溫度值，就可以得到碳纖維光纜沿線的滲流流速分布。
[0021]本發(fā)明有益效果:
[0022](I)采用了碳纖維光纜內(nèi)加熱的方法，對(duì)碳纖維光纜進(jìn)行主動(dòng)加熱，使碳纖維光纜與周圍巖土間產(chǎn)生較大的溫差，大大提高了 DTS解調(diào)設(shè)備對(duì)滲流速率的監(jiān)測(cè)精度和敏感性；
[0023](2)溫度特征值Tmax概念的提出，使巖土體滲流速率V的分布式監(jiān)測(cè)變得容易和簡(jiǎn)單；
[0024](3)分布式監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，可對(duì)長(zhǎng)距離、大范圍的不均勻滲流場(chǎng)進(jìn)行掌控。
[0025](4)本發(fā)明系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單、測(cè)量精確、自動(dòng)化程度高、性能價(jià)格比好。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是基于DTS碳纖維光纜的滲流場(chǎng)分布監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖。
[0027]圖2是碳纖維光纜的剖面示意圖。
[0028]圖3是數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)界面示意圖。
[0029]圖4是實(shí)施例1標(biāo)定試驗(yàn)裝置。
[0030]圖5是實(shí)施例1標(biāo)定試驗(yàn)滲流速率與碳纖維光纜特征溫度間的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0032]如圖1和圖2所示，一種巖土體滲流速率分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括電源與電流控制系統(tǒng)1、碳纖維光纜2、DTS解調(diào)設(shè)備3、數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)4。圖1中A和B表示兩處不同滲流大小的發(fā)生區(qū)域。
[0033]所述碳纖維光纜2為具有內(nèi)加熱功能的碳纖維溫度感測(cè)光纜，包括加熱光纜和感測(cè)光纖15，所述加熱光纜包括碳纖維加熱絲5、導(dǎo)線10、內(nèi)護(hù)套6和外護(hù)套7，碳纖維加熱絲5位于內(nèi)護(hù)套6和外護(hù)套7之間，導(dǎo)線10連接在碳纖維加熱絲5兩端；所述感測(cè)光纖15位于加熱光纜中心，由內(nèi)到外依次包括纖芯8、包層、涂敷層和護(hù)套9，其中，纖芯8和包層為感測(cè)光纖15的主體，對(duì)光波的傳播起著決定作用，而涂敷層與護(hù)套9主要用于隔離雜光。加熱光纜對(duì)感測(cè)光纖15進(jìn)行加熱，人為地使感測(cè)光纖15與周圍巖土體環(huán)境產(chǎn)生足夠的溫差以提高測(cè)量精度和敏感性，同時(shí)加熱光纜還使感測(cè)光纖15的整體強(qiáng)度增強(qiáng)，起到了保護(hù)作用。以下實(shí)施例采用的碳纖維光纜2是蘇州南智傳感科技有限公司生產(chǎn)的碳纖維內(nèi)加熱溫度感測(cè)光纜NZS-DTS-ClI。
[0034]所述DTS解調(diào)設(shè)備3是基于拉曼光時(shí)域發(fā)射測(cè)量技術(shù)進(jìn)行分布式溫度測(cè)量，感溫元件為所述碳纖維光纜2，目前國(guó)內(nèi)外均有十分成熟的相關(guān)產(chǎn)品，一般測(cè)溫精度0.rc，空間分辨率I米，測(cè)量長(zhǎng)度20-30公里。以下實(shí)施例采用的是蘇州南智傳感科技有限公司生產(chǎn)的DTS06解調(diào)儀對(duì)巖土體中的光纖溫度進(jìn)行了分布式測(cè)量。
[0035]所述數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)4由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理軟件構(gòu)成，集標(biāo)定、數(shù)據(jù)采集、結(jié)果呈現(xiàn)與數(shù)據(jù)處理功能為一體，可進(jìn)行環(huán)境溫度標(biāo)定，設(shè)置監(jiān)測(cè)對(duì)象以及感測(cè)光纜采樣時(shí)間間隔、空間分辨率等。以下實(shí)施例采用的數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)4為蘇州南智傳感科技有限公司研發(fā)的基于DTS解調(diào)設(shè)備3的DTS06解調(diào)儀的配套數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。集監(jiān)測(cè)開始前軟件自動(dòng)進(jìn)行環(huán)境溫度標(biāo)定，以確定前述關(guān)系式中的修正系數(shù)。標(biāo)定結(jié)束后設(shè)置監(jiān)測(cè)對(duì)象以及光纜采樣時(shí)間、空間間隔，保存數(shù)據(jù)形式以及保存時(shí)間間隔。軟件界面由自動(dòng)與半自動(dòng)界面組成。自動(dòng)界面顯示了該監(jiān)測(cè)環(huán)境下的采樣空間、時(shí)間間隔，光纜長(zhǎng)度以及由前述采樣空間決定的不同位置的上一次采集溫度數(shù)據(jù)；半自動(dòng)界面能進(jìn)行查看光纜任意點(diǎn)的歷史溫度數(shù)據(jù)、累計(jì)采樣時(shí)間以及溫度報(bào)警值、流速報(bào)警值等設(shè)置的操作。如圖3所示。在沿光纜長(zhǎng)度的A、B兩處，特征溫度值發(fā)生突變，表明A、B兩處由于水的流動(dòng)使得光纜溫度降低，即A、B兩處發(fā)生了滲流現(xiàn)象。根據(jù)獲得特征溫度值與滲流速度的關(guān)系，即可以獲得發(fā)生在A、B兩處的滲流速度。
[0036]所述導(dǎo)線10連接電源與電流控制系統(tǒng)1，所述感測(cè)光纖15連接DTS解調(diào)設(shè)備3，所述DTS解調(diào)設(shè)備3再與數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)4連接。
[0037]碳纖維光纜特征溫度值與巖土體滲流速率線性關(guān)系標(biāo)定試驗(yàn)，包括如下步驟:
[0038]步驟一、將碳纖維光纜2埋設(shè)于若干組預(yù)配滲流速率的巖土體中；
[0039]步驟二、對(duì)步驟一所述各碳纖維光纜2進(jìn)行通電加熱，利用DTS解調(diào)設(shè)備3解調(diào)、記錄各碳纖維光纜2通電加熱過(guò)程中的溫度值；
[0040]步驟三、運(yùn)用數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)4采集、分析步驟二得到的溫度值，確定各碳纖維光纜特征溫度值，擬合出碳纖維光纜特征溫度值與巖土體滲流速率的線性關(guān)系Tmax =b-aV,其中Tmax為碳纖維光纜特征溫度值，V為巖土體滲流速率，a和b為常數(shù)；所述碳纖維光纜特征溫度值為通電加熱后碳纖維光纜2形成的溫度場(chǎng)穩(wěn)定時(shí)的溫度。
[0041]待測(cè)巖土體滲流速率的測(cè)定按照上述方法測(cè)定，得到碳纖維光纜溫度特征值，根據(jù)上述擬合出的碳纖維光纜特征溫度值與巖土體滲流速率的線性關(guān)系Tmax = b-aV，計(jì)算出待測(cè)巖土體滲流速率。
[0042]所述碳纖維光纜特征溫度值Tmax是指當(dāng)巖土體中發(fā)生滲流時(shí)，埋設(shè)在滲流場(chǎng)中的碳纖維光纜加熱后升溫，并在一定的滲流速度下溫度趨于穩(wěn)定，這個(gè)趨穩(wěn)溫度即是碳纖維光纜特征溫度值。這是一個(gè)相對(duì)的概念，在實(shí)際監(jiān)測(cè)中，為了提高監(jiān)測(cè)效率，可通過(guò)初始測(cè)量，確定趨穩(wěn)時(shí)間，即在現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試后，運(yùn)行解調(diào)設(shè)備，獲得在現(xiàn)場(chǎng)工況下的溫度趨于穩(wěn)定的時(shí)間，即在該工況下的精確趨穩(wěn)時(shí)間?？梢酝ㄟ^(guò)溫度與時(shí)間的變化率(AT/At)來(lái)確定碳纖維光纜特征溫度值，即對(duì)于溫度數(shù)據(jù)，在光纜某處測(cè)得的溫度連續(xù)5分鐘每一分鐘的變化不大于0.01°C時(shí)，即可認(rèn)為該溫度即為特征溫度值。變化率具體取多少取決于監(jiān)測(cè)對(duì)象和工作效率，如對(duì)于絕大多數(shù)監(jiān)測(cè)對(duì)象，當(dāng)溫度與時(shí)間的變化率小于0.0re /min時(shí)，即可認(rèn)為該溫度為特征溫度值，當(dāng)大于0.0re /min時(shí)，則認(rèn)為該溫度還未達(dá)到特征溫度值，仍然需要繼續(xù)對(duì)其加熱使其變化率達(dá)到或小于0.0re /min。
[0043]在碳纖維光纜特征溫度值與巖土體滲流速率間的關(guān)系中，常數(shù)a和b的取值取決于碳纖維光纜的發(fā)熱功率、測(cè)量對(duì)象的熱力學(xué)性質(zhì)和測(cè)量精度等，通過(guò)室內(nèi)外試驗(yàn)確定。由于砂土和粘性土的組成成分均以硅、氧等元素組成，熱力學(xué)參數(shù)很接近，因此巖土體成分對(duì)a和b值的取值影響不大，而巖土體中滲流的方式如裂隙水與孔隙水等對(duì)a和b取值有一定影響，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際地質(zhì)結(jié)構(gòu),通過(guò)室內(nèi)外模型試驗(yàn)加以率定確定。
[0044]根據(jù)被監(jiān)測(cè)巖土體滲流的特點(diǎn)，將碳纖維光纜通過(guò)鉆孔、挖掘埋設(shè)等手段埋設(shè)在巖土體中即可監(jiān)測(cè)。由于目前DTS技術(shù)的空間分辨率只有I米，因此為了提高監(jiān)測(cè)精度，可設(shè)計(jì)管外徑5-20cm的PVC或金屬管或軟管，將碳纖維光纜按繞圈密度為75-330圈/m纏繞在管子上，再將管子封裝保護(hù)后，埋設(shè)到巖土體中，這樣可大大提高分布式監(jiān)測(cè)的空間分辨率。提高多少可根據(jù)下面的公式來(lái)計(jì)算:
[0045]將直徑為r的碳纖維光纜螺旋式均勻纏繞在管外徑為d，長(zhǎng)度為L(zhǎng)tl的圓形管上，盤繞的碳纖維光纜總長(zhǎng)度L與繞圈密度n有L?n (!Ltl，那么可以計(jì)算出螺旋纏繞使得碳纖維光纜的長(zhǎng)度增加了 n d倍，因此空間分辨率也提高了 n d倍。如所用的碳纖維光纜繞圈密度為320圈/m，管外徑5cm，計(jì)算后空間分辨率提高約50倍，達(dá)到2cm。
[0046]實(shí)施例1
[0047]下面以飽和粘性砂土測(cè)定滲流速率試驗(yàn)為例，說(shuō)明本監(jiān)測(cè)方法的具體實(shí)施過(guò)程，但本監(jiān)測(cè)方法的應(yīng)用范圍不限于此。
[0048]碳纖維光纜特征溫度值與巖土體滲流速率線性關(guān)系標(biāo)定試驗(yàn)
[0049]步驟一、將碳纖維光纜埋設(shè)于預(yù)配滲流速率的粘性砂土中:
[0050]如圖4所示，將碳纖維光纜兩端剝開一段，去除外層的橡膠護(hù)套，同時(shí)避免碳纖維加熱絲的破損與斷裂，然后在兩端裸露的碳纖維加熱絲上接出導(dǎo)線10。然后將碳纖維光纜按繞圈密度330圈/m纏繞在外徑為IOcm的PVC管11上，確保加熱過(guò)程中整個(gè)PVC管11能夠均勻受熱，同時(shí)增大了 DTS測(cè)量的空間分辨率。將PVC管11兩端密封，防止土與水進(jìn)入PVC管11內(nèi)部。將纏好碳纖維光纜的PVC管11放入測(cè)定管道12的中軸線上，所述測(cè)定管道12為PVC管，并在測(cè)定管道12中填飽和粘性砂土使PVC管11固定，將砂土擊實(shí)后，在測(cè)定管12兩端套上轉(zhuǎn)向管道 I 13、轉(zhuǎn)向管道II 14，將導(dǎo)線10與感測(cè)光纖15從轉(zhuǎn)向管道
I 13和轉(zhuǎn)向管道II 14中引出來(lái)，導(dǎo)線10連接至電源與電流控制系統(tǒng)，感測(cè)光纖15連接至DTS解調(diào)設(shè)備。所述測(cè)定管12上有若干均勻排列的進(jìn)水孔16和出水孔17，將進(jìn)水管18與出水管19分別連接進(jìn)水孔16與出水孔17上并固定，在進(jìn)水管上18安裝滲流速率控制裝置20，放入進(jìn)水箱21中，出水管19放入出水箱22中。
[0051]步驟二、對(duì)碳纖維光纜進(jìn)行通電加熱，利用DTS解調(diào)設(shè)備解調(diào)、記錄碳纖維光纜通電加熱過(guò)程中的溫度值:
[0052]碳纖維光纜通電加熱電壓為220v，功率為500w，在不通水情況下測(cè)定碳纖維光纜在飽和粘性砂土中的升降溫?cái)?shù)據(jù)，隨后調(diào)節(jié)進(jìn)水量，以固定數(shù)值增加滲流速率，采集在不同滲流速率下感測(cè)光纖15的溫度升降數(shù)據(jù)。DTS解調(diào)設(shè)備每一分鐘讀取并保存一次感測(cè)光纖15溫度數(shù)據(jù)。試驗(yàn)中，進(jìn)水孔16先打開，讓水流穩(wěn)定后，對(duì)碳纖維光纜加熱。加熱過(guò)程中，保持滲流速率穩(wěn)定，一直加熱至感測(cè)光纖15溫度不再升高為止。停止加熱后，繼續(xù)保持當(dāng)前滲流速率，使感測(cè)光纖15逐漸降溫，直至溫度降至穩(wěn)定后停止采集數(shù)據(jù)。
[0053]步驟三、運(yùn)用數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)采集、分析步驟二得到的溫度值，確定各碳纖維光纜特征溫度值，擬合出碳纖維光纜特征溫度值與巖土體滲流速率的線性關(guān)系Tmax = b-aV,其中Tmax為碳纖維光纜特征溫度值，V為巖土體滲流速率，a和b為常數(shù):
[0054]根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的不同滲流速率下碳纖維光纜的特征溫度數(shù)據(jù)，選取若干個(gè)特征點(diǎn)的溫度時(shí)程曲線，不同特征點(diǎn)的溫度時(shí)程曲線具有相同的變化規(guī)律且吻合度較高，因此可以采用算術(shù)平均方法，將這若干條時(shí)程曲線擬合為該流速下管道整體溫度變化的特征時(shí)程曲線，并繪制出滲流速率-特征溫度的關(guān)系曲線，如圖5所示。從圖5可以看出，滲流速率與光纜達(dá)到的特征溫度呈近似線性關(guān)系，因此可以根據(jù)該線性關(guān)系，通過(guò)測(cè)定感測(cè)光纜的特征溫度數(shù)據(jù)，獲得所測(cè)巖土體內(nèi)部滲流場(chǎng)滲流速率。
【權(quán)利要求】
1.一種巖土體滲流速率分布式監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一、將碳纖維光纜埋設(shè)于巖土體中，所述碳纖維光纜為具有內(nèi)加熱功能的碳纖維溫度感測(cè)光纜，包括加熱光纜和感測(cè)光纖； 步驟二、對(duì)步驟一所述碳纖維光纜進(jìn)行通電加熱，利用DTS解調(diào)設(shè)備解調(diào)、記錄碳纖維光纜通電加熱過(guò)程中的溫度值；所述DTS解調(diào)設(shè)備是基于拉曼光時(shí)域發(fā)射測(cè)量技術(shù)進(jìn)行分布式溫度測(cè)量，感溫元件為步驟一所述碳纖維光纜； 步驟三、運(yùn)用數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)采集、分析步驟二得到的溫度值，確定碳纖維光纜特征溫度值，根據(jù)碳纖維光纜特征溫度值與巖土體滲流速率的線性關(guān)系Tmax = b-aV,計(jì)算出巖土體滲流速率，其中Tmax為碳纖維光纜特征溫度值，V為巖土體滲流速率，a和b為常數(shù)，通過(guò)標(biāo)定試驗(yàn)確定；所述碳纖維光纜特征溫度值為通電加熱后碳纖維光纜形成的溫度場(chǎng)穩(wěn)定時(shí)的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖土體滲流速率分布式監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，步驟一所述加熱光纜包括碳纖維加熱絲、導(dǎo)線、內(nèi)護(hù)套和外護(hù)套，碳纖維加熱絲位于內(nèi)護(hù)套和外護(hù)套之間，導(dǎo)線連接在碳纖維加熱絲兩端；所述感測(cè)光纖位于加熱光纜中心，由內(nèi)到外依次包括纖芯、包層、涂敷層和護(hù)套。
3.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的巖土體滲流速率分布式監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，步驟一所述碳纖維光纜按繞圈密度為75-330圈/m纏繞在管外徑5-20cm的管子上，將所述管子封裝保護(hù)后再埋設(shè)于巖土體中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的巖土體滲流速率分布式監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述管子為PVC管或金屬管或軟管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖土體滲流速率分布式監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，步驟三所述標(biāo)定試驗(yàn)，包括如下步驟: 步驟一、將碳纖維光纜埋設(shè)于若干組預(yù)配滲流速率的巖土體中，所述碳纖維光纜為具有內(nèi)加熱功能的碳纖維溫度感測(cè)光纜，包括加熱光纜和感測(cè)光纖； 步驟二、對(duì)步驟一所述各碳纖維光纜進(jìn)行通電加熱，利用DTS解調(diào)設(shè)備解調(diào)、記錄各碳纖維光纜通電加熱過(guò)程中的溫度值；所述DTS解調(diào)設(shè)備是基于拉曼光時(shí)域發(fā)射測(cè)量技術(shù)進(jìn)行分布式溫度測(cè)量，感溫元件為步驟一所述碳纖維光纜； 步驟三、運(yùn)用數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)采集、分析步驟二得到的溫度值，確定各碳纖維光纜特征溫度值，擬合出碳纖維光纜特征溫度值與巖土體滲流速率的線性關(guān)系Tmax = b-aV,其中Tfflax為碳纖維光纜特征溫度值，V為巖土體滲流速率，a和b為常數(shù)；所述碳纖維光纜特征溫度值為通電加熱后碳纖維光纜形成的溫度場(chǎng)穩(wěn)定時(shí)的溫度。
6.一種巖土體滲流速率分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括電源與電流控制系統(tǒng)、碳纖維光纜、DTS解調(diào)設(shè)備、數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)； 所述碳纖維光纜為具有內(nèi)加熱功能的碳纖維溫度感測(cè)光纜，包括加熱光纜和感測(cè)光纖，所述加熱光纜包括碳纖維加熱絲、導(dǎo)線、內(nèi)護(hù)套和外護(hù)套，碳纖維加熱絲位于內(nèi)護(hù)套和外護(hù)套之間，導(dǎo)線連接在碳纖維加熱絲兩端；所述感測(cè)光纖位于加熱光纜中心，由內(nèi)到外依次包括纖芯、包層、涂敷層和護(hù)套； 所述DTS解調(diào)設(shè)備是基于拉曼光時(shí)域發(fā)射測(cè)量技術(shù)進(jìn)行分布式溫度測(cè)量，感溫元件為所述碳纖維光纜；所述導(dǎo)線連接電源與電流控制系統(tǒng)，所述感測(cè)光纖連接DTS解調(diào)設(shè)備，所述DTS解調(diào)設(shè)備再與數(shù)據(jù)處 理分析系統(tǒng)連 接。
【文檔編號(hào)】G01N15/08GK103439239SQ201310397600
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月4日
【發(fā)明者】施斌, 嚴(yán)珺凡, 魏廣慶, 曹鼎峰 申請(qǐng)人:南京大學(xué), 蘇州南智傳感科技有限公司