目錄
前言
第1章結構健康光纖感測的基礎知識1
1.1光纖的基本結構與特性.1
1.1.1光纖的基本結構與分類1
1.1.2光纖的重要特征參量3
1.1.3光纖的傳輸特性3
1.1.4光纖的損耗特性5
1.1.5光纖的散射特性5
1.2傳感光纖解調與定位原理7
1.2.1傳感光纖解調原理7
1.2.2光纖傳感定位原理11
1.3光纖感測系統性能評價指標11
1.4水工結構健康光纖感測研究及其應用13
1.4.1應力應變監測14
1.4.2溫度監測15
1.4.3裂縫監測16
1.4.4滲流滲漏監測17
1.4.5發展趨勢18
第2章水工混凝土結構應變光纖感測理論與技術20
2.1光纖混凝土復合體應變傳遞模型20
2.1.1表貼式光纖混凝土基體應變傳遞模型20
2.1.2埋入式光纖混凝土基體應變傳遞模型23
2.1.3應變傳遞模型的數值模擬驗證.26
2.2水工混凝土結構準分布式光纖應變感測.30
2.2.1光纖光柵應變感測基本原理30
2.2.2傳統長標距FBG應變傳感器32
2.2.3新型長標距FBG應變傳感器33
2.2.4長標距FBG應變傳感器靈敏度系數標定35
2.2.5長標距FBG應變傳感器感測性能試驗37
2.2.6基于長標距FBG的準分布式應變感測試驗40
2.***混凝土結構分布式光纖應變感測43
2.3.1基于BOTDA的分布式光纖應變感測43
2.3.2基于PPP-BOTDA的分布式光纖應變感測46
2.3.3混凝土結構分布式光纖應變感測試驗48
第3章水工混凝土結構裂縫光纖感測理論與技術56
3.1傳感光纖的彎*損耗機制剖析56
3.1.1光纖的損耗類別56
3.1.2光纖彎*時光線傳輸特性57
3.1.3光纖的微彎損耗機理58
3.1.4光纖的宏彎損耗機理58
3.1.5基于彎*損耗的常規光纖傳感器.61
3.1.6彎*半徑對光損耗的影響分析.63
3.2基于OTDR的水工混凝土結構裂縫感測68
3.2.1基于OTDR的水工混凝土結構裂縫感測基本原理68
3.2.2基于OTDR的水工混凝土結構裂縫感測用光纖網絡布設方式70
3.2.3基于OTDR的張拉式裂縫光纖感測試驗74
3.2.4基于OTDR的混合式裂縫光纖感測試驗81
3.3基于BOTDA的水工混凝土結構裂縫感測.89
3.3.1基于BOTDA的水工混凝土結構裂縫感測精度影響因素分析89
3.3.2基于BOTDA的水工混凝土結構裂縫感測用光纖網絡優化94
3.3.3基于BOTDA的混凝土結構開裂定位試驗100
3.3.4基于BOTDA的混凝土結構裂縫開度監測試驗103
第4章水工混凝土結構鋼筋銹蝕狀況光纖感測理論與技術113
4.1水工混凝土結構鋼筋銹蝕狀況光纖感測基本原理113
4.1.1鋼筋銹蝕機理及應變表現113
4.1.2鋼筋銹蝕狀況光纖傳感器結構設計117
4.1.3螺旋纏繞式光纖傳感器感測模型118
4.1.4不同結構型式光纖傳感器性能對比試驗.119
4.2水工混凝土結構鋼筋銹蝕狀況感測用光纖優選.126
4.2.1螺旋纏繞式光纖傳感器初始損耗影響因素理論剖析126
4.2.2螺旋纏繞式光纖傳感器初始損耗影響因素試驗分析130
4.2.3鋼筋銹蝕狀況感測用光纖優選137
4.3基于螺旋纏繞式光纖傳感器的鋼筋銹蝕感測試驗138
4.3.1試驗目的138
4.3.2鋼筋銹蝕加速方法139
4.3.3鋼筋混凝土試件制備與試驗設備140
4.3.4試驗過程141
4.3.5試驗結果分析142
4.4實際工程鋼筋銹蝕狀況光纖感測方案設計研究.147
4.4.1鋼筋銹蝕感測光纖布設的基本原則147
4.4.2某水閘閘室結構有限元數值計算分析.148
4.4.3某水閘閘室結構鋼筋銹蝕光纖感測方案設計155
第5章土石堤壩滲流光纖感測基本理論與信號解譯方法157
5.1土石堤壩滲流分布式光纖感測基本原理157
5.1.1分布式光纖測溫的基本原理157
5.1.2土石堤壩溫度場與滲流場耦合分析159
5.1.3土石堤壩埋入式光纖傳熱特性161
5.1.4分布式光纖測滲的常見方式163
5.1.5土石堤壩滲流的光纖監測理論模型164
5.1.6土石堤壩滲流的光纖監測實用模型166
5.2土石堤壩滲流分布式光纖監測模型試驗驗證169
5.2.1試驗平臺169
5.2.2試驗方案175
5.2.3模型堤防非飽和滲漏感知試驗與結果分析177
5.2.4模型堤防飽和無滲流情況下滲漏感知試驗與結果分析179
5.2.5模型堤防飽和滲流情況下滲漏感知試驗與結果分析180
5.2.6模型堤防飽和非飽和接觸測滲試驗與結果分析182
5.3土石堤壩光纖測滲信號解譯方法182
5.3.1基于盲源分離的土石堤壩光纖測滲信號解譯原理183
5.3.2土石堤壩光纖測滲信號的PCA-ICA解譯方法187
5.3.3基于PCA-ICA的土石堤壩光纖測滲信號盲源分離實現過程191
第6章土石堤壩滲流光纖感測效能大比尺測試試驗195
6.1土石堤壩滲流光纖感測大比尺測試平臺設計與搭建195
6.1.1滲流系統196
6.1.2堤壩模型197
6.1.3測溫光纖鋪設方案與工藝199
6.2大比尺堤壩模型多種水力條件下光纖測滲試驗.203
6.2.1試驗工況203
6.2.2自然狀態工況試驗及結果分析204
6.2.3滲流形成過程工況試驗及結果分析208
6.2.4變動水位工況試驗及結果分析215
6.2.5不同切向水流流速工況試驗及結果分析.222
6.2.6不同降雨模式工況試驗及結果分析231
6.3多種水力條件下大比尺堤壩模型光纖測滲信號辨識與解譯235
6.3.1變動水位工況下光纖感測信號分析235
6.3.2不同切向水流工況下光纖感測信號分析.237
6.3.3不同降雨模式工況下光纖感測信號分析.239
6.3.4綜合分析240
第7章土石堤壩滲流光纖感測工程實用化技術242
7.1土石堤壩分布式測滲光纖部署方式優化242
7.1.1基于物理傳熱模型的土石堤壩測滲光纖部署方式研究242
7.1.2基于網格理論的土石堤壩測滲光纖系統部署方式研究248
7.2土石堤壩浸潤面(線)分布式光纖感測方法261
7.2.1重心Lagrange插值.262
7.2.2土石堤壩浸潤線確定的無網格重心插值配點法264
7.2.3算例驗證267
7.3土石堤壩滲流分布式光纖感測實際工程案例268
7.3.1某面板堆石壩光纖測滲案例268
7.3.2某堤防工程浸潤線光纖監測案例273
第8章土石堤壩沉降光纖感測裝置與技術278
8.1光纖沉降感測技術分類與傳統實現方法278
8.1.1沉降監測光纖感測技術分類278
8.1.2光纖位移傳感器設計模式279
8.1.3光纖沉降感測典型實現方式280
8.2蝴蝶型光纖傳感器研制與性能測試283
8.2.1蝴蝶型光纖傳感器設計283
8.2.2蝴蝶型光纖傳感器性能測試試驗284
8.2.3試驗結果分析285
8.3不均勻沉降復合光纖監測裝置與性能測試287
8.3.1復合光纖監測裝置設計287
8.3.2復合光纖監測裝置工作原理287
8.3.3復合光纖裝置抗彎性能分析288
8.3.4復合光纖監測裝置抗彎試驗290
8.4土石堤壩不均勻沉降光纖感測模型試驗293
參考文獻296
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