具有损伤定位功能的全分布应力岩土锚索长期监测新方法

Long-term health monitoring of ground unbonded anchor cable is significant for the hydraulic structure. Nevertheless, the existing methods constitute main drawbacks for ground unbonded anchor. Futhermore, they cannot provide a service of accurately mapping damage. Therefore, in this project, a novel monitoring method for ground unbonded anchor cable with accurate positioning function was utilized as the research object. Moreover, we proposed a based-FBG (fiber Bragg Grating) positioning method. Both the mechanism of the back-reflected spectrum of FBG and the basic positioning features of FBG as location-indicator were investigated to solve mapping the critical damage for ground unbonded anchor. The project will provide help for anchor cable design, pre-stressing loss and anchorage mechanism, pre-stress adjustment and damage assessment.

岩土锚索的长期监测是保障水工结构稳定性和安全性的重要措施，但既有监测方法难以实现锚索应力的全分布式监测和损伤精确定位，急需建立具有损伤精确定位功能的全分布应力岩土锚索长期监测新方法。因此，本项目以岩土无粘结型锚索为研究对象，围绕如何建立水工岩土预应力锚索全分布应力长期监测新方法，提出光纤光栅反射谱定位思想，阐明精确定位方法的原理，揭示光栅布里渊反射谱产生的机理，研究光纤光栅定位的基本规律，解决关键受力位置节点损伤定位难题，建立具有损伤精确定位功能的布里渊全分布应力岩土锚索长期监测方法，推动分布式岩土预应力锚索监测方法的发展，为预应力锚索设计、长期荷载作用下预应力损失规律与锚固机制研究、服役期预应力调整与维护奠定坚实的基础，具有重要的理论意义与实际工程应用价值。

岩土锚索的长期监测是保障水工结构稳定性和安全性的重要措施。因此，本项目以岩土无粘结型锚索为研究对象，围绕如何建立水工岩土预应力锚索全分布应力长期监测新方法，提出了光纤光栅反射谱定位思想以及精确定位方法原理，阐明了光栅布里渊反射谱的产生机理及光纤光栅定位的基本规律，解决了关键受力位置节点损伤定位难题；同时将在线植入分布式光纤于纤维复合材料（FRP）中，建立了水工岩土预应力锚索全分布应力长期监测新方法。该项目研究成果为预应力锚索设计、长期荷载作用下预应力损失规律与锚固机制研究、服役期预应力调整与维护奠定坚实的基础，具有重要的理论意义与工程应用价值。主要研究成果及结论如下：.(1)提出了将光纤光栅和布里渊分布式传感器相融合的技术，既实现了预应力锚索全分布范围的监测，又实现了锚索损伤的精确定位功能，建立了具有损伤精确定位功能的全分布应力水工岩土锚索长期监测新方法。.(2)阐明了光栅种类、特性参数和环境温度对光纤光栅布里渊反射信号的影响规律。研究发现了pump端的宽带光可为混合系统中光纤光栅反射提供光源，确定了光栅合适的波长范围为1 460~1 620 nm，为选择光纤光栅作为定位指示器提供了依据。此外，与啁啾光栅和长周期光栅相比，布喇格光栅具有尖锐反射峰，更加适合作为定位工具；光致折射率变化及光栅的反射率均对受激布里渊信号没有影响；.(3)提出了基于光纤光栅的布里渊分布式损伤定位原理，并阐明了短标距事件、分辨率对定位精度的影响规律。即光纤光栅相对于突变事件发生前后相对位置不变的原理，研究表明定位误差小于10 cm，定位重复性好；并建立了损伤定位模型实现了短标距事件的定位，其误差在10 cm范围内。.(4)通过SEM分析手段，测试了光纤光栅智能复合材料的微观力学性能与动态性能。光纤光栅智能复合材料界面粘结良好，疲劳性能好，能良好的反应实际荷载作用情况。.(5)利用提出的定位方法对2 m长的混凝土梁上的裂缝进行了精确定位，进一步验证了定位方法的可行性与准确性。