长距离道路结构多介质层的全尺度光纤智能监测

针对长距离多层介质道路结构对大规模分布式复杂应力测试手段和损伤演化规律研究的客观需求，提出道路结构多介质层的全尺度光纤智能监测方法，发展与柔性道路结构应变协调的低模量光纤传感元件封装方法与误差修正，以及兼顾长距离结构整体性态和局部高精度测试的光纤传感共线方法；基于全尺度长期监测数据研究道路结构的损伤演化规律；最后，利用长期监测数据修正道路结构理论模型，优化道路结构的关键参数。..通过上述研究，发展一套道路结构多层介质的全尺度光纤智能监测方法和技术，并提供相应的器件。

针对长距离多层介质道路结构对大规模分布式复杂应力测试手段和损伤演化规律研究的客观需求,课题组开发了多种适用于柔性道路结构现场布设的传感器，以用于长期的应变、曲率及损伤监测。通过大量的室内实验和现场布设验证了各种传感器性能。发展了光纤传感器整体性态与局部高精度测试的共线方法，开发了传感器自愈合系统。根据本项目提出的光纤传感元件柔性铠装封装方法，课题组在实验室分别制作了基于光纤光栅传感元件的准分布式应变测量传感器和基于BOTDR技术的分布式应变测试传感器，除了在实验室内进行各种性能试验外，还专门铺筑了十几米长的实验路，以检验所设计传感器的实用效果。所埋设的传感器能很好的测试各层的温度变化，温缩效应以及降雨引起的材料不均匀收缩,且有很高的成活率。针对分布式传感器，专门制作了水泥稳定试块，实验证明所开发的分布式传感器能有效的感知开裂，且能反映开裂位置和程度。弥补了沥青路面水泥稳定基层开裂监测测试手段的空白。.由于感知元件光纤的材料特征，裸光纤在施工过程中易弯折或被剪断，因此，封装保护处理是光纤在工程应用中必不可少的一个步骤。封装层的存在，使得部分基体应变在传递到光纤的过程中被消耗，因此，光纤感知应变通常不能完全代表基体的真实应变。为消除这种应变传递误差，本项目对该问题进行了应变传递理论分析。引入Goodman假设代替剪力秩模型来描述层间剪应力关系。在研究中通过建立一个典型三层力学模型进行分析,模型中考虑了基体和封装层的粘弹性特征。而后又对基体有裂缝的应变传递关系进行了理论研究。.结合重庆环道实验路的实际检测数据，本项目考虑沥青路面材料的拉压不同性特征，发展了三轴摩尔库伦理论，将其引入路面结构分析的强度理论修正中。基于上述理论，本项目还提出一种沥青路面结构车辙变形的预测公式，并基于并行演化算法开发了路面结构优化方法和相应的计算软件。通过以重庆环道实际的三种路面结构组合为算例，证明了该程序的计算结果与实测路面响应数据接近，也就证明了本项目所提方法的有效性。