分布式光纤传感技术,主要是基于布里渊光时域分析技术(BOTDA),是一种新型的光纤传感技术,具备分布式监测、可靠性高、抗干扰能力强、测量精度高、可进行长距离监测、测量范围广泛、抗电磁干扰以及耐腐蚀等优点。它主要应用于大型基础设施、边坡、隧道、基坑监测等领域的研究,能够在实验室进行大量的相关试验和理论研究,并取得显著的应用效果。
在边坡治理工程中,抗滑桩是常见的治理措施之一,其设计理论和工程应用显得尤为重要。抗滑桩的作用是阻止边坡滑移,其工作状态直接关系到边坡稳定性以及治理效果。传统监测抗滑桩的方法包括在受力钢筋上安装钢筋计监测受力、使用全站仪等监测桩顶位移、设置测斜管监测位移以及通过土压力盒直接监测滑坡推力。然而,这些方法往往依赖于多种假设,并且在处理监测数据时引入较大误差。特别是抗滑桩施工完成之后,利用传统计算方法难以完全反映抗滑桩的真实工作状况。
本文提出的利用光纤测试技术,即将光纤布置在抗滑桩上,通过监测桩身应变,再运用监测数据进行反演分析,对比设计值,进而评价抗滑桩的工作状态。根据应变数据,抗滑桩工作状态可以被分为安全、临界安全和非安全三种。安全状态下抗滑桩虽设计安全但可能偏于保守;临界安全状态下的抗滑桩能够有效发挥作用同时达到经济的方案设计;非安全状态下的抗滑桩无法满足设计要求,可能出现破坏。通过监测对比分析,可以了解抗滑桩当前的工作状态,这对于滑坡治理工程而言具有重要意义。
分布式光纤传感技术的核心是基于BOTDA的传感技术,其工作原理涉及两个光源,分别作为脉冲光和连续光,同时注入传感光纤(应变和温度传感)的两端。通过调节两束光的频差,直至布里渊散射增益达到最高值,再通过检测传感光纤上的布里渊散射信号,就可以得到应变的测量值。利用这一技术,可以在短时间内获取整条光纤上的应变分布,实现对抗滑桩应变的监测。
在实际工程应用中,如某高速公路的滑坡抗滑桩工程中,通过在抗滑桩钢筋笼施工期间将光纤与抗滑桩的受力主筋绑定在一起,浇筑完成并待混凝土完全固结后,光纤与抗滑桩同步变形,从而实现了对桩身应变的监测。在施工现场,光纤分布式应变和温度测试仪(DSTS)可以分别得到各回路不同位置的应变分布,进而得到抗滑桩的内力分布情况。
通过对抗滑桩工作状态的评价,能够为滑坡的后期治理提供依据,避免发生潜在的安全事故。分布式光纤传感技术的应用,特别是在抗滑桩上的应用,为边坡治理提供了一种新的技术手段,能够更加准确地获取抗滑桩的受力情况,并与设计值进行对比分析,从而准确评价其工作状态。这对于保障工程安全、优化工程设计以及实现经济高效的治理方案具有非常重要的意义。