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利用分布式光纤传感技术监测干燥引起的土壤收缩和干裂

DOI：10.1007/s10064-020-01809-8 期刊：Bulletin of Engineering Geology and the Environment 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 监测黏性土干燥引起的体积收缩和干裂在地质与岩土工程中具有重要意义。与传统提供离散测量的应变监测方法相比，布里渊光时域反射仪（BOTDR）技术能实现对光纤沿线分布式应变的连续测量。本研究通过物理模型试验探究了利用BOTDR监测干燥致土壤收缩与干裂的可行性，测试并比较了三种不同表面?；げ悖ㄈ人苄跃埘サ蕴錞PEE护套、尼龙护套和丙烯酸涂层）的光纤。实验验证了BOTDR可直接监测干裂土壤的应变，所测应变值受含水量、土体开裂及光纤类型显著影响：当土体过饱和时光纤应变仅数微应变，随含水量降低和土-纤界面剪应力增加而逐渐增大，在干裂充分发育导致土纤解耦后急剧下降。丙烯酸涂层光纤因脆性大且与土体界面耦合差而不适用；TPEE护套和尼龙护套光纤均适用于土体应变监测，前者对含水量变化更敏感。本研究首次尝试应用BOTDR技术直接连续监测干燥致土壤收缩与干裂过程，有望为深入理解黏性土体积收缩与干裂机理提供新见解。
作者： Qing Cheng，Chao-Sheng Tang，Cheng Zhu，Ke Li，Bin Shi
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

利用布里渊光时域反射仪（BOTDR）监测干燥引起的土壤收缩和干裂的可行性研究。

研究成果

BOTDR能够测量光纤中的分布式应变，因此适用于监测土壤干燥引起的收缩和干裂过程。在应用分布式光纤传感技术监测土壤干燥收缩和干裂时，光纤的选择起着关键作用。采用TPEE护套或尼龙护套的光纤均适用于土壤应变监测，其中前者对含水量变化更为敏感。

研究不足

带有丙烯酸酯涂层的光纤因脆性大且与土壤界面耦合效果差而不适用。低含水量和高表面裂缝率均会对监测结果的准确性产生负面影响，这主要是由干缩裂缝的形成及由此导致的光纤与土样脱耦所引起。

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