分布式光纤传感技术与工程应用研究(10)
/KN
8.0 40 1.2 0.2
表3.2玻璃纤文土工格栅性能指标
网络尺寸
/mm 断裂强度
/KN•m-1 断裂伸长率
/(%) 弹性模量
/GPA
25.4X25.4 50 3 67
采用土工布和土工格栅封装光纤工艺略有不同，土工布封装工艺如图3.5所示，两层土工布之间用环氧树脂平行地黏贴若干根传感光纤，光纤间距S与布设范围L由监测精度和被测区域范围决定。
图3.5土工布封装示意图
如图3.5所示，当土工布受到垂直于xy平面的外力作用时，一根或多根传感光纤将产生应变响应，通过这些光纤在土工布上的分布位置可以确定受力点的y坐标，当传感光纤的长度大于BOTDR的空间分辨率(1m)时，可以进一步确定出受力段在该段传感光纤上的具体位置，即x坐标，由x、y坐标可推断出受力点位置。
由于BOTDR的最小空间分辨率为1m，而边坡模型尺寸仅为1.5m，因此为了更加准确的判断应变的空间位置，各段条光纤间预留一定长度的自由光纤。自由光纤段被引出填土外，因此试验中将不承受任何应力，其应变量仅由温度变化产生，可以通过温度传感器作差，消除该部分应变量。因此，在监测结果中更容易判断应变发生的光纤段。
图3.6为土工格栅封装的光纤传感器示意图，将传感光纤用环氧树脂按一定的间距S沿格栅纤文平行黏贴。与土工布封装方法不同的是，土工格栅封装方法采用单层格栅的保护方式，并且同时封装两组相互正交的光纤群，形成纵横交错的传感网络，该传感网络工作原理与使用土工布封装形成的平行光纤传感网络类似，更为优越的一点是，即使传感段的长度小于1m，传感网络仍然可以通过出现应变响应光纤群的汇交区域实现对应变的定位。
图3.6土工格栅封装示意图
3、传感器布设与定位
边坡模型采用分层填土方法构建(图3.7)。边坡高70cm，坡角60º，坡顶对称轴上距离边坡前缘22cm处，在20cm*30cm承压板上施加面荷载。填土过程中自下而上共布设2层土工格栅-光纤传感器和1层土工布-光纤传感器，最上层单独铺设1层弹性酯护套光纤，该层光纤直接铺设在填土中(图3.7)。
图3.7传感器布置侧视图
为了排除监测期间温度变化对应变传感的影响，试验中沿着各层传感器所在的土层铺设了一条仅对温度敏感的传感光纤，该光纤有三层护套，各层之间均可相对滑动，以保证玻璃光纤不受应力影响。为方便描述，对不同传感光纤按照其与边坡模型坡面的关系，分别对各光纤段进行编号(图3.8)。
图3.8传感器布置俯视图
传感光纤分平行坡面走向(H)与垂直坡面走向(V)2个方向布设。土工格栅封装为H向和V向正交传感光纤群(5×5根Φ250μm裸纤和5×5根Φ900μm尼龙护套光纤)，土工布封装为V向光纤群(5根Φ250μm裸纤和5根Φ900μm尼龙护套光纤)，弹性酯护套光纤(5根)布设方向为H向，其中H向光纤群传感段长度均为150cm，光纤间距20cm，V向光纤群传感段长度均为120cm，光纤间距25cm。
为了对监测到的应变异常点进行准确定位，必须先确定各段传感光纤的空间位置。由于所有的光纤彼此串联成一根光纤通路，只需要测得每一个传感光纤段起点到采集设备即光纤起点的距离。由于各光纤段之间存在不定长的自由光纤，导致各传感段的位置信息不能通过图3.8直接确定。BOTDR的定位精度只能达到+32cm，无法满足定位要求。光时域反射测量仪(OTDR)可以对光纤光路中存在的光损位置进行精确定位[87]，定位精度可达厘米级。