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高速公路高边坡FBG传感器监测及稳定性分析

作　者: 裴华富
导　师: 凡友华；殷建华
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 光纤Bragg光栅传感器差分方法最优化模型
分类号: U416.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 65次
引　用: 1次
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-14
  1.1 课题背景和来源  8-9
  1.2 本课题研究的目的和意义  9-10
  1.3 国内外研究现状  10-12
  1.4 本文主要研究内容  12-14
第2章光纤布拉格光栅传感器现场安装及布设  14-32
  2.1 引言  14
  2.2 攀田高速公路边坡工程概况  14-15
  2.3 光纤布拉格光栅传感器的原理及制作  15-20
    2.3.1 光纤布拉格光栅传感器简介  15-17
    2.3.2 光纤光栅的基本结构  17-18
    2.3.3 光纤布拉格光栅的制作  18-19
    2.3.4 光纤布拉格光栅传感器工作原理  19-20
  2.4 光纤传感器的现场安装布设  20-29
    2.4.1 光纤布拉格光栅在锚杆上的安装  20-23
    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  23-29
  2.5 数据采集  29-31
    2.5.1 数据采集时间安排  29
    2.5.2 监测数据现场采集  29-31
  2.6 本章小结  31-32
第3章深部测斜仪挠度及锚杆受力分析  32-63
  3.1 引言  32
  3.2 锚杆受力分析  32-49
    3.2.1 锚杆监测数据分析  35-46
    3.2.2 失稳边坡锚杆安全性评定  46-49
  3.3 深部测斜仪监测数据挠度求解  49-58
    3.3.1 深部测斜仪挠度求解公式  49-50
    3.3.2 差分方法求解深部测斜仪挠度  50-52
    3.3.3 差分方法的实验验证  52-53
    3.3.4 实验误差分析  53-54
    3.3.5 实测边坡挠度  54-58
  3.4 最优化模型的建立及求解  58-62
    3.4.1 最优化模型的建立  58-61
    3.4.2 非线性规划模型的求解  61-62
  3.5 本章小结  62-63
第4章边坡稳定性分析  63-80
  4.1 引言  63
  4.2 数值分析模型的建立  63-67
    4.2.1 极限平衡分析的垂直条分法  64
    4.2.2 数值分析模型的建立  64-67
  4.3 边坡稳定性数值模拟及分析  67-79
    4.3.1 SLOPE/W程序简介  67
    4.3.2 支护前后边坡稳定性数值模拟  67-76
    4.3.3 施工平台对最小安全系数的影响  76-77
    4.3.4 边坡锚杆锚固长度的探讨  77-79
  4.4 本章小结  79-80
结论  80-81
参考文献  81-85
攻读学位期间发表的学术论文  85-87
致谢  87

高速公路高边坡FBG传感器监测及稳定性分析

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