Investigación sobre monitoreo distribuido de fibra óptica y tecnología de detección temprana de contracción seca y agrietamiento del suelo.

Descripción general

Dominar las reglas de desarrollo del campo de deformaciones internas durante el desarrollo de grietas por contracción seca en el suelo es un requisito previo importante para estudiar el mecanismo de formación de grietas por contracción seca en el suelo. Sin embargo, los métodos de monitoreo convencionales no pueden obtener las características de deformación del suelo interno y no pueden cumplir con los requisitos de contracción seca del suelo. Requisitos para estudios de fisuración. El grupo de investigación de Tang Chaosheng propuso un nuevo método para el monitoreo refinado del proceso de contracción y agrietamiento por secado del suelo basado en la tecnología de detección de fibra óptica distribuida (DFOS-OFDR), y descubrió que el instrumento de interrogación DFOS-OFDR (OSI-S) puede obtener con precisión el suelo. proceso de secado y craqueo. Las características de evolución espacial y temporal del campo de deformación durante el desarrollo de grietas por contracción se pueden ubicar con precisión y la formación de grietas se puede detectar de antemano.

Proceso de prueba

El suelo arcilloso recuperado se secó al aire, se molió y se pasó a través de un tamiz de 2 mm. Luego, la tierra se mezcla con una cantidad adecuada de agua para lograr un contenido de humedad objetivo de aproximadamente el 69 % (1,9 veces el límite líquido) del lodo listo para usar. Luego, el lodo se hace vibrar en una mesa vibratoria durante 5 minutos para eliminar todas las burbujas de aire y luego se vierte en un molde de plexiglás con una longitud de 500 mm, un ancho de 50 mm y una altura de 50 mm, uno tras otro. Para tender el cable óptico, primero se deben agregar 800 g de lechada (20 mm de alto) en el molde de plexiglás y vibrar para obtener una superficie plana. El cable óptico tensor se coloca encima de la suspensión y luego se vierten 400 g de la suspensión restante (10 mm de alto) en el molde y se sacan. Vibrar para eliminar las burbujas de aire. Vale la pena señalar que los dos extremos del cable óptico en la muestra de suelo no están fijos y pueden asentarse libremente a medida que el suelo se encoge. El cable óptico tenso está completamente conectado al demodulador DFOS-OFDR. El diagrama esquemático del dispositivo de monitoreo utilizado en la prueba se muestra en la Figura 1. La prueba de secado se lleva a cabo a temperatura ambiente de 30 ± 1 grado. Para capturar mejor el inicio y desarrollo de las grietas del suelo durante el proceso de secado, se utilizó una cámara digital para capturar imágenes de alta resolución cada 5 minutos, con la misma frecuencia que el muestreo del instrumento de interrogación DFOS-OFDR (OSI-S).

Figura 1 Diagrama esquemático del dispositivo de prueba.

Resultados de la prueba

Evolución de la curva de deformación con el tiempo de secado.

La Figura a muestra la evolución espacio-temporal de la curva de deformación desde 0 min hasta 5500 min de secado. A medida que avanza el secado, la curva de distribución de deformación cambia gradualmente del estado no deformado al estado comprimido general, lo que significa que la muestra tiene tendencia a reducir su volumen debido a la pérdida de agua, comprimiendo así el cable óptico de deformación interna. Hay dos regiones de compresión obvias (A1 y A2) en la figura, donde los picos de deformación varían de -250 με a -3000 με (A1) y -500 με a -10000 µε (A2). La evaporación del agua en la muestra comienza desde la superficie del suelo. A medida que continúa el proceso de evaporación, los poros entre las partículas del suelo comienzan a formar meniscos agua-aire, lo que conduce al aumento de la succión capilar y la acumulación de tensión de tracción. Cuando la tensión de tracción acumulada aumenta más allá de la resistencia a la tracción del suelo, se producirá agrietamiento por contracción en el suelo. Con la aparición de la primera grieta (4930 min), aparece la tensión de tracción y la tensión de compresión continúa disminuyendo, lo que significa que una vez que el suelo se agrieta, el aumento en el ancho de la grieta aumentará la tensión de tracción en el cable óptico y producirá la tensión de tracción correspondiente.

Figura 2 Evolución de la morfología de las grietas del suelo y evolución espacio-temporal de la curva de deformación durante el proceso de secado de 0 a 5500 min

Como se muestra en la Figura b, hay 4 picos de deformación en la curva de deformación en 0.29 m, 0.36 m, 0.20 my 0,10 m, que son completamente consistentes con las posiciones de las 4 grietas. Los picos de deformación de las grietas 1, 2, 3 y 4 a 5500 min son 8457,11 με, 3552,48 με, -719.67 με y -736.39 με respectivamente. Los anchos de grieta correspondientes son 6,41 mm, 6,61 mm, 4,45 mm y 4,54 mm respectivamente. Se puede observar claramente que las grietas más anchas suelen corresponder a deformaciones de tracción mayores.

Detección temprana de grietas por contracción seca en el suelo.

Los resultados obtenidos en la sección anterior muestran que la tecnología DFOS-OFDR puede obtener con precisión la ubicación de la grieta. Para probar si la tecnología propuesta puede realizar la detección temprana del lugar de inicio de las grietas de contracción por secado del suelo, se estudiaron los cambios en el ancho de cuatro grietas y sus estados de deformación con el tiempo de secado. La evolución del estado de deformación obtenido por el cable óptico no sólo puede reflejar la contracción del suelo antes del agrietamiento por contracción seca, sino que también refleja todo el proceso de expansión de las grietas del suelo.

Para evaluar más a fondo si la tecnología DFOS-OFDR puede predecir el agrietamiento por contracción por secado del suelo de antemano, este estudio propuso tres parámetros: Tm (el momento en que DFOS-OFDR detecta el agrietamiento del suelo), Tc (obtenido mediante observación a simple vista o imagen digital). tecnología de procesamiento) tiempo de agrietamiento del suelo) y ΔTp (intervalo de tiempo previsto de antemano, definido como la diferencia entre Tm y Tc).

La Figura 3 muestra los cambios en el ancho de la grieta y el estado de deformación con el tiempo de secado. La primera grieta (Grieta 1) apareció a los 4955 minutos, y DFOS-OFDR ya había detectado el inicio de grietas a los 4930 minutos, lo que indica que la tecnología DFOS-OFDR puede detectar grietas por contracción por secado del suelo con aproximadamente 25 minutos de anticipación. De manera similar, para la grieta 2, la grieta 3 y la grieta 4, los valores de ΔTp correspondientes son 55, 40 y 40 min respectivamente. La precisión del demodulador DFOS-OFDR (OSI-S) puede alcanzar 1 με. Esta alta precisión permite a DFOS-OFDR detectar con precisión cualquier pequeña deformación dentro del suelo, lo que permite la detección temprana de grietas en el suelo. Para cada grieta, el tiempo de formación de grietas predicho por la tecnología DFOS-OFDR es diferente. Esto se debe a que, aunque en la prueba se utilizó lodo relativamente uniforme, el lodo no puede ser completamente uniforme, lo que afectará la distribución de los cables ópticos dentro del suelo. Esto afecta el tiempo de espera para la detección temprana.

Figura 3 Relación entre el ancho de la grieta y el estado de deformación de la posición de la grieta

Resultados experimentales

La tecnología DFOS-OFDR se puede utilizar para monitorear la evolución de las grietas de contracción seca en la superficie y el interior del suelo. La curva de distribución de deformaciones obtenida por DFOS-OFDR puede capturar con precisión las características de contracción del suelo y las posiciones de inicio de grietas, y obtener la relación entre el ancho de las grietas y el estado de deformación correspondiente con el tiempo de secado, lo que puede ayudar a la detección temprana de la ubicación de las grietas. . En comparación con los métodos tradicionales de monitoreo de deformaciones discretas, DFOS-OFDR es una tecnología de detección temprana y monitoreo distribuido, no destructivo, preciso, eficiente y de alta resolución de grietas por contracción y secado del suelo. Se utiliza para estudiar la superficie del suelo y las grietas internas por contracción seca. Proporcionar soporte de datos confiable.