[发明专利]坝体全断面水平位移监测的分布式光纤测量方法及其系统

说明书

技术领域

本发明属于土石坝监测技术领域；具体涉及一种坝体全断面水平位移监测的分布式光纤测量方法。本发明还涉及这种坝体全断面水平位移监测的分布式光纤测量方法所使用的坝体全断面水平位移监测的分布式光纤测量系统。

背景技术

水库大坝内部变形包括坝体内部的垂直沉降和水平位移，这种变形超过正常范围时，直接影响大坝的安全性。根据《土石坝安全监测技术规范》（SL551-2012)，在坝体内部选择要监测变形的断面，布置观测仪器进行监测。目前国内外土石坝内部变形监测通常采用“水管式”沉降计测量垂直变形，和采用“引张线式”水平位移计测量水平变形的方法。这两种方法都是在大坝填筑到设计规定的监测高程时，预先在大坝内部从上游到下游设置一条垂直于坝轴线的监测管道，在这条管路中同时安装埋设“水管式”沉降计和“引张线式”水平位移计。

然而目前使用的水管式沉降计和引张线位移计对于坝高超过200m、管路长度超过500m时，由于管线太长使得仪器的测量时间大量加长，灵敏度降低，误差大大增加。

坝高增加，引张线式水平位移计和水管式沉降计的引张线和水管管路长度以近3倍于坝高的增加而增加，导致引张线和水管管路长度大大增加。其中引张线铟钢丝长度的大量增加，为保证测量过程中铟钢丝引张线处于绷直状态以准确传递测点水平位移，必须大量增加引张线用配重，使得铟钢丝因强度不足被拉断；水管管路长度的大量增加，导致水管式沉降计通过管路充水至沉降计的难度大大增加，而且由于水管管路的大量增加，其测量装置和沉降计溢流水杯的水位平衡过程和时间将成倍增加，从而影响水管式沉降计的测量准确性。

引张线式水平位移计每个测点需要配置一条铟钢丝引张线及配重，同样水管式沉降计每个测点均需要一套水管和气管管路，随着坝高增加，相应测点也同步增加，水平位移计的引张线数量和沉降计的管路数量也相应增加，对保护管尺寸、分线和导向结构、强度等指标的要求也大大提高，而在土石坝内保护管的上述指标也不可能无限度地提高的，尤其对于300m级土石坝，由于其测点设计要求数量将近3倍于百米级土石坝的测点数量，引张线式水平位移计和水管式沉降计的用于堆石坝体内部引张线和水管、通气管管路的保护管路和技术也是难以克服的难题之一。

近来我国土石坝建设水平有了很大提高，随着西部水电开发进程的加快，开展了300m高级土石坝筑坝技术和大坝安全监测技术研究。这种超高大坝的底部横断面长度超过800m，对于坝体内部800m一条测量管路上需要布置几十个测点，显然无法沿用传统的水管式沉降计和引张线位移计方法监测坝体内部变形。针对这种超长的测量范围，国内外目前尚无有效的监测手段和方法，急需开发研制监测坝体内部变形的新型测量仪器。

发明内容

本发明所需要解决的技术问题在于，克服现有的技术缺陷，提供一种采用分布式光纤测量坝体内部变形监测中水平位移的结构，这种采用分布式光纤测量水平位移的结构可以测量传感光纤中应变光纤应变分布从而得出坝体内部全断面水平位移的变化。本发明还提供这种采用分布式光纤测量坝体内部变形监测中水平位移的测量方法。

为达成上述目的，本发明提出一种坝体全断面水平位移监测的分布式光纤测量方法，是一种采用分布式光纤测量坝体内部变形监测中水平位移的结构和测量方法装置，包括以下步骤：

⑴. 在大坝内部埋设一条垂直于大坝轴线的变形监测管道；

⑵. 在每节变形监测管道上，每隔一段距离安装伸缩管接头，该伸缩管接头的锚固板固定在坝体内部；当坝体内部发生位移时，带动可变形监测管道发生位移从而带动传感光纤发生位移；

⑶. 每个伸缩管接头都带有密封环，防止大坝内部泥沙和水浆进入管通道

⑷. 在该变形监测管道内部中间安装一根传感光纤，该传感光纤随着大坝同步变形；

⑸.在变形监测管道的每个伸缩管接头处采用光纤紧固固定和预拉装置把传感光纤固定在变形监测管道各个伸缩管接头上，并保持传感光纤绷直；

⑹. 在变形监测管道内，安装的传感光纤中，包含有应变光纤（紧套受力光纤）和温度光纤（松套不受力光纤）；

⑺. 在变形监测管道的伸缩管接头外部设置水平位移测点装置，保证伸缩管接头随大坝同步位移；

⑻.各测点在坝体内部发生位移时把绷直的传感光纤带动，从而传感光纤的应变光纤应变发生变化，把传感光纤中应变光纤接入分布式光纤采集仪器，通过分布式光纤采集仪器对传感光纤的应变进行实时测量；

⑼.对传感光纤的应变进行实时测量的同时，测量传感光纤中温度光纤的温度变化；