分布式光纤传感技术与工程应用研究(9)
全面接着，是将光纤完全贴附在墙面上或预先切割好的沟槽内（见图3.2），主要是针对隧道轴向整体变形，有时也用在隧道拱顶的环绕线路上。
图3.2.光纤全面接着和定点接着布设示意图
定点接着
如图3.2所示，定点接着就是将光纤每隔一定距离确定一个固定点，粘贴在墙面上，以此来检测隧道内宽度小于BOTDR距离分解度的裂缝区域的局部变形。为了满足BOTDR距离分解度的要求，固定点间隔距离一般都要略大于BOTDR采样所设的距离分解度，当距离分解度为1m时，固定点间距就应如图3.2中所示的1.2m。
Ω形接着
形布设是针对BOTDR距离分解度特别设计一种可以提高应变测量精度的光纤布设方式。如图3.3所示，光纤呈形布设在墙面上，两头及中间局部与墙面接着固定，固定点之间的距离为30cm，因此所有发生在这30cm之内的竖向裂缝，都可以同时被3根光纤检测到，而且由于3根光纤是首尾相连，加上固定点上的光纤，长度大于1m，从而满足BOTDR空间分解度的要求。
图3.3.光纤Ω形布设示意图
3.3二文布设
分布式传感光纤的二文布设，是通过光纤在二文平面上纵横交织来量测平面内多方向应变的一种布设方法。张丹[84]以聚酯弹性薄板为基底、通过正交编织光纤的方法进行了光纤二文布设实验，证明了分布式传感光纤二文布设的有效性。王宝军（2010）通过室内小比例尺模型试验，分别将光纤植入土工布和土工格栅等柔性复合材料中并一起铺设在边坡模型不同深度处，利用BOTDR监测边坡在外荷作用下的变形特征。初步验证了该方法应用于土质边坡变形监测的可行性。本节以王宝军（2010）实验为例，探讨分布式传感光纤的二位布设方法。
3.3.1室内实验实例分析
南京大学地球科学与工程学院的王宝军、李科、施斌、魏广庆[85]等应用BOTDR技术，在小尺寸模型试验的基础上开展了边坡变形分布式光纤监测试验研究。将土工格栅和土工布与不同传感光纤相结合植入土质边坡模型内，并进行不同荷载的压力试验。通过监测数据的处理和分析，对比不同传感光纤、不同封装方法的光纤传感器的传感性能，并对异常变形进行识别和定位。
1、实验装置
模型框架为钢质，长宽均为1.5m，高1m，4个侧面用可拆卸的厚玻璃密封以便观察。模型框架底部为一整体厚钢板构成试验台的底座，并设有排水阀门。模型顶部安装有反力装置，通过液压千斤顶，可施加最大500kN的垂向荷载(图3.4)。
图3.4边坡模型试验台
边坡模型的填土选用南京地区广泛分布的下蜀土，初始含水量为18.6%，直剪试验测得黏聚力和内摩擦角为57kPa和20º。
2、传感器封装
传感光纤的主体是纤细的玻璃纤文材料，通过前期试验证实，直接布设在土体中，极易断裂或折损造成传感系统的失效，甚至在施工期间光纤就会发生破坏，因此必须对其进行封装保护。本次研究选择土工布和土工格栅两种工程中常用的土工加固材料作为封装介质，并且在封装过程中每一种介质都同时封装φ250μm裸纤(无护套)和φ900μm尼龙护套光纤作为对比[86]。
土工布和土工格栅因其重量轻、强度高、整体性好等特点而被广泛应用于加筋路堤和堤坝等结构中，在堆砌边坡灾害防治中占有重要地位。本次试验选用短纤针刺非织造土工布和玻璃纤文土工格栅(表3.1和表3.2)。
表3.1短纤针刺非织造土工布性能指标
断裂强度
/KN•m-1 断裂伸长率
/(%) CRR顶破强度
/KN 撕破强度