[发明专利]一种土体内部裂隙发育状态监测方法在审

专利信息
申请号: 202111067290.8 申请日: 2021-09-13
公开(公告)号: CN113702440A 公开(公告)日: 2021-11-26
发明(设计)人: 唐朝生;徐金鉴;程青;张大展;蔡兆麟;孙畅 申请(专利权)人: 南京大学;大央岩土科技(江苏)有限公司
主分类号: G01N25/72 分类号: G01N25/72;G01K11/324
代理公司: 江苏瑞途律师事务所 32346 代理人: 王玉姣;陈彬
地址: 210093 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 体内 裂隙 发育 状态 监测 方法
【说明书】:

发明公开了一种土体内部裂隙发育状态监测方法,属于岩土工程中土体监测领域。该方法基于分布式光纤测温技术,包括感温光缆布设、自加热模块、分布式光纤测温系统和数据处理系统,分布式光纤测温系统和数据处理系统获得自加热后感温光缆中感温光纤的温度分布,根据温度与进行裂隙位置和宽度反演,通过土体和空气的导热系数差异实现对土体内部裂隙的发育状态监测。本发明能在不扰动被监测土体的情况下,在大尺度空间范围内,对土体内部的裂隙发育进行连续动态的原位监测,实现裂隙在长度和深度方向发育程度的实时监测,监测结果准确、可靠且操作简便。

技术领域

本发明属于岩土工程中土体监测领域,更具体地说,涉及一种土体内部裂隙发育状态监测方法。

背景技术

自然界的黏性土在干燥失水过程中极易发生干缩开裂,这是一种常见的自然现象。干缩裂隙的产生会降低土体的承载力和稳定性,增加土体的压缩性。裂隙的存在会破坏土体的整体性,极大弱化土体的工程性质,引起地面不均匀沉降,对地表的基础设施和工程结构的稳定性产生极大负面影响。裂隙还会为雨水入渗到土体内部提供便捷通道,降低土体的抗剪强度,导致边坡失稳并可能引发滑坡等工程地质灾害。除此之外,龟裂还会暴露深层土体,导致土壤深部发展新的裂缝,弱化土体结构,增加土层的风化深度和雨水入渗深度,加重坡面的水土流失,破坏生态环境。由此可见,黏性土的裂隙问题涉及的领域多、范围广,具有一定的普遍性。随着全球气候的变暖和极端干旱性气候的频发,可以预见由土体干缩开裂带来的各种工程问题和环境问题将越来越多、越来越显著。

土体裂隙错综复杂,彼此交叉形成网络结构,对裂隙网络的准确获取不仅是获得裂隙网络相关几何参数的基础,也是进一步研究原位收缩、干燥裂隙形成机理的重要基础和前提。对裂隙的观测,早在上个世纪就已开始,基于现场人工测量对裂隙长度、深度进行统计。但由于人工测量的误差性,这种方式效率低且精度不足。随着技术发展进步,目前较为主流的观测手段为获取数字图像,通过数字图像处理技术对裂隙图像进行灰度化、二值化、去噪预处理操作获得裂隙网络,但这种方法过于依赖于原始图像的质量,在土体表面存在不均或照明条件较差的情况下图像处理精度会有所降低。

在以往的研究中,运用的观测技术大多局限于对可拍摄的土体表面裂隙进行观测,获取的信息局限于二维平面的描述,极少针对裂隙三维形态和土体内部裂隙展开监测。随着计算机技术的发展,逐渐出现了一些三维的成像技术,包括弹性波成像法、X射线CT扫描成像法、核磁共振成像法、电阻率层析成像法、地中穿透雷达成像法、电磁感应成像法等。在这些成像法中,核磁共振成像法多用于对试验样品(数十毫米直径的样品)的成像,加之设备昂贵,其在探索土体干缩开裂应用中受到了很大的限制;电阻率层析成像可以达到非破坏性监测,但是操作困难并且没办法直接监测土体内部在产生裂缝整个过程的应变场的变化,尤其是部分裂隙是从土层底部首先产生并非表面;地中穿透雷达成像法、电磁感应成像法和弹性波成像法更方便地用于野外勘察,但难于在较小的尺度范围内使用,也很难在同样的条件下进行动态监测,而这种动态监测正是对探索土体裂隙过程机理研究时所需要的。

因此,急需要开发新的技术,以更好的对土体内部裂隙发育状态进行监测。

发明内容

1.发明目的

本发明的目的是针对土体干缩开裂问题,提供一种全新的土体内部裂隙发育状态的监测方法,该方法基于分布式光纤测温技术测量整个感温光纤路径上的温度,根据温度与感温光纤周围介质的导热系数相关的原理,通过温度的波动得到土体内部裂隙的发育状态,具有施工方便和工艺简单等诸多优势。

2.技术方案

为了达到上述目的,本发明所采用的技术方案如下:

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