[发明专利]土工膜防渗土石坝变形监测的光纤传感技术与系统

说明书

公开一种分布式光纤传感系统和技术方案，能够实坝土工膜防渗土石坝的土工膜双向应变及其接缝断裂开度的网络化、一体化在线遥测和大范围‑多参量的时空全覆盖，显著提升土工膜防渗土石坝安全监测的科技含量和效能。提供独特的由SM紧套光纤、碳涂覆SM光纤和氟化塑料光纤构成的大量程组合传感光纤、及配套的BOTDA型与OTDR型光信号解调仪。其应变量程达40%，尤其能同时监测土工膜接缝断裂的发生、部位及开度;从而实现土工膜的常规点式电测应变计的升级换代、尤其突破接缝断裂监测的空白和难题。提出正交传感网的布置方式以及光纤敷设定位固结工艺和光纤网初始场建立方法，具有工程实用性。

Distributed Optic-Fiber Sensing Technology and System

for Monitoring of Deformation of GeomembraneAnti-seepage Earth-Rockfill Dam

技术领域

本发明涉及一种土工膜防渗土石坝的土工膜应变和接缝断裂的分布式光纤传感监测系统和技术方案，可实现土工膜防渗型土石坝的土工膜双向应变和焊缝断裂开度的分布式光纤传感的大范围-多功能的在线遥测，获得可靠的观测成果，实现定量-定位、及时预警。

背景技术

（一）土工膜防渗型土石坝的进展

大坝工程中土石坝应用最广，迄今以土质防渗坝型和砼靣板坝型为主。近年来，随着高分子材料的发展、尤其土工膜防渗在大坝防渗应用和实践经验的积累，显示出土工膜防渗性能强而耐久、造价低、施工快捷，社会经济价值潜力大，出现了异军突起的快速发展。国际上，土工膜防渗土石坝最高的是西班牙1948年建成的Poza de Los Ramos坝，高97m,运行60余年后现已加高到134m;该种坝型的160m高坝也将兴建。我国于1998、2014年先后颁布实行的国家行业规范《聚乙烯（PE）土工膜防渗工程技术规范》（SL/T231-98）、《水电工程土工膜防渗技术规范》（NB/T 35027-2014）,表明了业界对于该种坝型的信心大增，据信该坝型可望逐步成为主流坝型之一。

（二）土工膜防渗体系变形的安全监测

正由于土工膜防渗是当代异军突起的新兴土石坝型，其实践经验积累尚少（尤其高坝工程），因而，该坝型的安全监测显得特别重要，以便及时可靠地掌握大坝的实际工作状态、釆取对策，确保大坝安全，並为该坝型的发展，提供最有价值的资料和依据。

易见，在该坝型里，土工膜防渗体系中强度和防渗性能的最簿弱环节，是土工膜的接缝。浙江里墩水库土工膜土石坝漏水，放空检查发现，就是接缝局部开裂漏水［李星，土石坝复合土工膜防渗斜墙的设计施工.土石坝技术－2005年论文集，北京：中国电力出版社］。在高坝工程中，其土工膜材料常用PE（聚乙烯(包括HDPE（高密度聚乙烯）)，其拼接缝均用焊接缝。故PE焊缝断裂以及土工膜缺陷修补的断裂，正是坝体的防渗破坏和渗漏险情的关键所在;而土工膜的拉伸应变量则是其工作状态的表征性指标。拉应变值不仅关系到土工膜的工作寿命，而且与土工膜损伤断裂的识别-珍断-预警，息息相关。

土工膜应变监测的常规仪器，迄今釆用土工膜应变计。这是一种大应变量程（例如特制康铜）的电阻式应变计，具有点式电测传感仪器的诸多局限性，其监测范围小，导致数据的空间离散性，高压水的淹没明显影响其耐久性，无故障工作时间差强人意。对于土工膜接缝和缺陷修复断裂开度的监测，迄今尚属空白。