Pētījumi par izkliedēto optisko šķiedru monitoringu un augsnes sausās saraušanās un plaisāšanas agrīnas noteikšanas tehnoloģiju

Pārskats

Iekšējā deformācijas lauka attīstības noteikumu apgūšana sauso saraušanās plaisu veidošanās laikā augsnē ir būtisks priekšnoteikums, lai pētītu sauso saraušanās plaisu veidošanās mehānismu augsnē. Tomēr tradicionālās monitoringa metodes nevar iegūt iekšējās augsnes deformācijas raksturlielumus un neatbilst augsnes sausās saraušanās prasībām. Prasības plaisāšanas pētījumiem. Tanga Čaoša pētnieku grupa ierosināja jaunu metodi augsnes izžūšanas saraušanās un plaisāšanas procesa rafinētai uzraudzībai, kuras pamatā ir sadalītas optiskās šķiedras sensora tehnoloģija (DFOS-OFDR), un atklāja, ka DFOS-OFDR pratināšanas instruments (OSI-S) var precīzi iegūt augsni. žāvēšanas un plaisāšanas process. Var precīzi pozicionēt deformācijas lauka telpiskās un laika evolūcijas raksturlielumus saraušanās plaisu veidošanās laikā, un plaisu veidošanos var nojaust jau iepriekš.

Pārbaudes process

Atgūtā māla augsne tika žāvēta gaisā, samalta un izlaista caur 2 mm sietu. Pēc tam augsni sajauc ar atbilstošu ūdens daudzumu, lai sasniegtu mērķa mitruma saturu aptuveni 69% (1,9 reizes pārsniedzot šķidruma ierobežojumu) no lietošanai gatavām dūņām. Pēc tam dubļus 5 minūtes vibrē uz vibrācijas galda, lai noņemtu visus gaisa burbuļus, un pēc tam vienu pēc otras ielej organiskā stikla veidnē, kuras garums ir 500 mm, platums 50 mm un augstums 50 mm. Izstiepjot optisko kabeļus, vispirms organiskā stikla veidnē jāpievieno 800 g vircas (20 mm augstumā) un jāvibrē, lai iegūtu līdzenu virsmu. Spriegojuma optiskais kabelis tiek novietots virs suspensijas, un pēc tam 400 g atlikušās suspensijas (10 mm augsts) ielej veidnē un tiek veikta. Vibrējiet, lai noņemtu gaisa burbuļus. Ir vērts atzīmēt, ka divi optiskā kabeļa gali augsnes paraugā nav fiksēti un var brīvi nosēsties, augsnei sarūkot. Spriedzes optiskais kabelis ir pilnībā savienots ar DFOS-OFDR demodulatoru. Pārbaudē izmantotās uzraudzības ierīces shematiskā diagramma ir parādīta 1. attēlā. Žāvēšanas testu veic istabas temperatūrā 30±1 grāds. Lai labāk fiksētu augsnes plaisu sākšanos un attīstību žāvēšanas procesā, digitālā kamera tika izmantota augstas izšķirtspējas attēlu uzņemšanai ik pēc 5 minūtēm ar tādu pašu frekvenci kā DFOS-OFDR nopratināšanas instrumenta (OSI-S) paraugu ņemšana.

1. attēls Testa ierīces shematiskā diagramma

Testa rezultāti

Deformācijas līknes attīstība ar žāvēšanas laiku

Attēlā a parādīta deformācijas līknes telpiskā attīstība no 0 min līdz 5500 žāvēšanas minūtēm. Žāvēšanas laikā deformācijas sadalījuma līkne pakāpeniski mainās no nedeformēta stāvokļa uz kopējo saspiestu stāvokli, kas nozīmē, ka paraugam ir tendence samazināties tilpumā ūdens zuduma dēļ, tādējādi izspiežot iekšējo deformācijas optisko kabeli. Attēlā ir divi acīmredzami saspiešanas apgabali (A1 un A2), kur deformācijas maksimumi svārstās no -250 με līdz -3000 με (A1) un -500 με līdz -10000 με (A2). Ūdens iztvaikošana paraugā sākas no augsnes virsmas. Turpinoties iztvaikošanas procesam, porās starp augsnes daļiņām sāk veidoties ūdens-gaisa meniski, kas izraisa kapilārās sūkšanas palielināšanos un stiepes sprieguma uzkrāšanos. Kad uzkrātais stiepes spriegums palielinās virs augsnes stiepes izturības, augsnē radīsies saraušanās plaisāšana. Līdz ar pirmās plaisas rašanos (4930 min) parādās stiepes deformācija un spiedes deformācija turpina samazināties, kas nozīmē, ka, tiklīdz augsne saplaisā, plaisas platuma palielināšanās palielinās optiskā kabeļa stiepes spriegumu un radīs atbilstošu stiepes deformāciju.

2. attēls. Augsnes plaisu morfoloģijas un deformācijas līknes telpiskā un laika evolūcija žāvēšanas procesā no 0 līdz 5500 min.

Kā parādīts b attēlā, deformācijas līknē ir 4 deformācijas maksimumi pie 0.29m, 0.36m, 0.20m un 0.10m, kas pilnībā atbilst 4 plaisu pozīcijām. 1., 2., 3. un 4. plaisu deformācijas maksimumi pie 5500 minūtēm ir attiecīgi 8457,11 με, 3552,48 με, -719,67 με un -736,39 με. Attiecīgie plaisu platumi ir attiecīgi 6,41 mm, 6,61 mm, 4,45 mm un 4,54 mm. Var skaidri redzēt, ka plašākas plaisas parasti atbilst lielākiem stiepes deformācijām.

Savlaicīga sauso saraušanās plaisu noteikšana augsnē

Iepriekšējā sadaļā iegūtie rezultāti liecina, ka DFOS-OFDR tehnoloģija var precīzi noteikt plaisas atrašanās vietu. Lai pārbaudītu, vai piedāvātā tehnoloģija spēj veikt agrīnu augsnes žūšanas saraušanās plaisu sākuma vietas noteikšanu, tika pētītas četru plaisu platuma izmaiņas un to deformācijas stāvokļi ar žūšanas laiku. Ar optisko kabeli iegūtā deformācijas stāvokļa attīstība var ne tikai atspoguļot augsnes saraušanos pirms sausās saraušanās plaisāšanas, bet arī atspoguļot visu augsnes plaisu izplešanās procesu.

Lai vēl vairāk novērtētu, vai DFOS-OFDR tehnoloģija var iepriekš paredzēt augsnes žūšanas saraušanās plaisāšanu, šajā pētījumā tika piedāvāti trīs parametri: Tm (laiks, kad DFOS-OFDR nosaka augsnes plaisāšanu), Tc (iegūts, novērojot ar neapbruņotu aci vai digitālu attēlu). apstrādes tehnoloģija) augsnes plaisāšanas laiks) un ΔTp (iepriekš prognozēts laika intervāls, kas definēts kā starpība starp Tm un Tc).

3. attēlā parādītas plaisas platuma un deformācijas stāvokļa izmaiņas līdz ar žūšanas laiku. Pirmā plaisa (1. plaisa) parādījās 4955 minūtēs, un DFOS-OFDR jau bija konstatējis plaisu sākšanos 4930 minūtēs, norādot, ka DFOS-OFDR tehnoloģija var noteikt augsnes izžūšanas saraušanās plaisāšanu aptuveni 25 minūtes iepriekš. Līdzīgi 2., 3. un 4. plaisai atbilstošās ΔTp vērtības ir attiecīgi 55, 40 un 40 min. DFOS-OFDR demodulatora (OSI-S) precizitāte var sasniegt 1 με. Šāda augsta precizitāte ļauj DFOS-OFDR precīzi noteikt jebkādas nelielas deformācijas augsnes iekšienē, ļaujot agrīni atklāt augsnes plaisas. Katrai plaisai DFOS-OFDR tehnoloģijas prognozētais plaisu veidošanās laiks ir atšķirīgs. Tas ir tāpēc, ka, lai gan testā tika izmantoti salīdzinoši viendabīgi dubļi, dubļi nevar būt pilnīgi viendabīgi, kas ietekmēs optisko kabeļu sadalījumu augsnē. Tas ietekmē agrīnas noteikšanas sagatavošanās laiku.

3. attēls. Saistība starp plaisas platumu un plaisas stāvokļa deformācijas stāvokli

Eksperimentālie rezultāti

DFOS-OFDR tehnoloģiju var izmantot, lai uzraudzītu sauso saraušanās plaisu attīstību augsnes virsmā un iekšpusē. DFOS-OFDR iegūtā deformācijas sadalījuma līkne var precīzi uztvert augsnes saraušanās raksturlielumus un plaisu sākuma pozīcijas un iegūt saikni starp plaisas platumu un atbilstošo deformācijas stāvokli ar žāvēšanas laiku, kas var palīdzēt savlaicīgi noteikt plaisu atrašanās vietu. . Salīdzinājumā ar tradicionālajām diskrētā deformācijas uzraudzības metodēm, DFOS-OFDR ir sadalīta, nesagraujoša, precīza, efektīva un augstas izšķirtspējas augsnes žūšanas saraušanās plaisāšanas monitoringa un agrīnas noteikšanas tehnoloģija. To izmanto, lai pētītu augsnes virsmas un iekšējās sausās saraušanās plaisas. Nodrošiniet uzticamu datu atbalstu.