[发明专利]一种土体内部裂隙发育状态监测方法

权利要求书

1.一种土体内部裂隙发育状态监测方法，其特征在于，所述方法包括在土体中布设感温光纤，加热感温光纤，测量感温光纤路径上连续的响应点的位置信息和温度信息，通过感温光纤路径上温度的波动监测土体内部裂隙的发育状态。

2.根据权利要求1所述的一种土体内部裂隙发育状态监测方法，其特征在于，所述方法还包括裂隙状态反演，所述裂隙状态反演指通过计算感温光纤周围介质的导热系数λ推测土体裂隙状态，根据式(1)确定：

式中：T₀为初始温度；q单位感温光纤的加热功率；t是感温光纤与周围介质的接触时间；d常数。

3.根据权利要求1或2所述的一种土体内部裂隙发育状态监测方法，其特征在于，所述响应点的位置信息和温度信息是通过检测感温光纤上光信号并将其转化而成位置信息和温度信息。

4.根据权利要求3所述的一种土体内部裂隙发育状态监测方法，其特征在于，所述响应点的位置信息转化通过式(2)确定：

式中：X为任意一点至脉冲光注入端的距离；T′为从信号发射到接收到返回信号的时间；c为真空中的光速；n为被测光折射率；

和/或所述响应点的温度信息转化通过式(3)确定：

式中：R(T)为待测温度的函数；I_F为反斯托克斯光强；I_S为斯多克斯光强；v_F为反斯托克斯光频率；v_S为斯托克斯光频率；c为真空中的光速；v为拉曼散射平移量；h为普朗克常量；K为波尔兹曼常数；T为待测试温度。

5.根据权利要求4所述的一种土体内部裂隙发育状态监测方法，其特征在于，所述光信号通过光信号解调仪及脉冲光源检测，和/或响应点的温度信息通过温度信息解调仪转化。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种土体内部裂隙发育状态监测方法，其特征在于，所述感温光纤布设方式包括平面网状布设和/或深度逐层布设。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种土体内部裂隙发育状态监测方法，其特征在于，所述感温光纤还包括包裹在感温光纤周围的铜丝、铜网和光缆护套组成感温光缆，所述感温光纤加热通过加热模块进行，所述加热模块将铜网与电路连接，通电加热铜网以加热感温光纤。

8.根据权利要求7所述的一种土体内部裂隙发育状态监测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)根据野外裂隙的监测需求选择感温光缆布设方式和布设间距并进行感温光缆布设；

(2)利用加热模块对加热铜网进行加热，通过光信号解调仪检测光信号，同时使用温度解调仪温度对感温光缆的温度分布进行获取；

(3)基于温度分布曲线获得土体内部裂隙的位置和宽度。

9.一种土体内部裂隙的监测系统，其特征在于，包括感温光缆、自加热模块、分布式光纤测温系统和数据处理系统；所述感温光缆包括感温光纤、包裹在感温光纤周围的铜丝、铜网和光缆护套，布设于土体内部；所述自加热模块用于加热感温光纤，将电能转换成热能并使其向周围土中扩散；所述分布式光纤测温系统用于检测感温光纤路径上的光信号；所述数据处理系统是根据式(2)和式(3)将光信号解调成响应点位置信息和温度信息，并将温度信息和位置信息输出图像或根据式(1)对裂隙状态进行反演，监测土体内部裂隙发育状态：

式中：T₀为初始温度；q单位感温光纤的加热功率；t是感温光纤与周围介质的接触时间；d常数；

式中：X为任意一点至脉冲光注入端的距离；T′为从信号发射到接收到返回信号的时间；c为真空中的光速；n为被测光折射率；

式中：R(T)为待测温度的函数；IF为反斯托克斯光强；I_S为斯多克斯光强；v_F为反斯托克斯光频率；v_S为斯托克斯光频率；c为真空中的光速；v为拉曼散射平移量；h为普朗克常量；K为波尔兹曼常数；T为待测试温度。

10.权利要求1-8任一所述的方法或权利要求9所述的监测系统在制备土体内部裂隙发育状态监测设备中的应用。