專利名稱：一種在粘土心墻內埋設光纖傳感器的方法
技術領域：
本發明涉及一種在堤壩中埋設傳感器的方法，尤其涉及一種在粘土心墻內埋設光纖傳感器的方法。
背景技術：
水庫大壩與河流堤岸較多采用粘土心墻土石壩，即用填筑于壩體中心的滲透系數較低的粘性土體作為防滲設備的土石壩。此類壩由心墻或斜心墻防滲，上下游壩殼支撐心墻保持現體穩定。水庫大壩與河流堤岸工程具有投資大、工期長、質量標準高、發生事故危害大的特點，因而在工程施工中對填土質量和施工質量要求很高。監測儀器作為質量指標的獲取工具，其選擇和安置方法尤為重要。光纖傳感器是一種新興的高新技術儀器，具有適應性強、耐久性好、精度高、測試穩定等優點，已在許多工程領域得到應用。光纖傳感器不僅可以監測工程建設過程中的各種數據，而且，通過傳輸線輸出信號，依靠光纖傳感器還可以實現實時監測、信息化施工及施工后長期監測的功能。基于光纖傳感器的上述優點，光纖傳感器在水庫大壩與河流堤岸工程中，也逐漸得到了應用。如利用不同的傳感器監測應力、應變、溫度、位移、孔隙水壓力等。現有技術中，任亮、張瑩等人在《FBG傳感器在粘土心墻壩模型試驗中的應用》(光電子 激光，2011年第22卷第8期)中提出了利用在大壩心墻內部埋設光纖光柵(FBG)應變傳感器的方式，實時監測大壩內部在地震作用下 的拉應力變化，實現提前監測到大壩內部的開裂情況的方法。該方法中采用細徑管對光纖傳感器進行封裝，然后將要布設傳感器的心墻表面開槽，并將傳感器置入槽中，最后用粘土填滿壓實。現有技術中雖然公開了可將光纖傳感器埋入粘土心墻中監測大壩各項參數的方法，但對傳感器及其信號傳輸線的具體埋設工藝沒有跟進研究，更沒有考慮到施工過程中滲漏對傳感器及其信號傳輸線的安置可能造成的影響，以及在后期維護中滲漏的防治，存在安全隱患。細徑管封裝光纖傳感器，置于心墻表面開槽中，再用粘土填滿壓實，這一埋設光纖傳感器的方法存在以下缺點:(1)細徑管與粘土柔韌性不同，在大壩施工和工后變形時兩者難以同步變形，其間易產生間隙導致滲漏；(2)粘土填滿壓實工藝因缺乏操作標準和控制指標，在施工中難以合理控制，從而導致粘土局部壓不實而滲漏。
發明內容
本發明的目的在于針對現有技術中的技術問題，提供一種在粘土心墻內埋設光纖傳感器的方法，通過利用膨潤土復合防水毯(GCL)具有的永久防水性能及其他突出優點對光纖傳感器及傳輸線進行合理埋設，以達到防止滲漏、消除安全隱患的目的。具體地說，本發明提供了一種在粘土心墻內埋設光纖傳感器的方法，該方法包括以下步驟:
步驟1:根據待監測物理量，選擇相應的光纖傳感器，并確定粘土心墻內測點位置和信號傳輸線鋪設路徑；步驟2:在確定的測點位置上布置光纖傳感器，并在信號傳輸線布設路徑上鋪設膨潤土復合防水毯，將光纖傳感器的感應端緊貼在膨潤土復合防水毯外，將光纖傳感器的信號傳輸線置于膨潤土復合防水毯的膨潤土內；步驟3:跟隨土石壩粘土心墻的施工，按照確定的測點位置，分層布置光纖傳感器，并將內置信號傳輸線的膨潤土復合防水毯，沿布設路徑直立鋪設在粘土心墻中部，直到粘土心墻施工到頂部，將信號傳輸線引出。進一步，所述光纖傳感器為:孔隙水壓力光纖傳感器、土壓力光纖傳感器及位移光纖傳感器。進一步，所述膨潤土復合防水毯為針刺法鈉基膨潤土防水毯。進一步，所述膨潤土復合防水毯采用“之”字形鋪設。進一步，信號傳輸線引出后外接到信號接收器。本發明方法具有以下有益效果:(I)膨潤土復合防水毯具有很好的防滲性能，垂直鋪設在粘土心墻中部，加強了粘土心墻的防滲能力；(2)光纖傳感器信號傳輸線置于膨潤土內，既不影響防滲效果，又滿足傳輸要求，還可以保護信號傳輸線；(3)應用光纖傳感器的信號傳輸線外接遙測設備，可以實現信息化施工、實時監測，以及工后長期監測。
圖1為在粘土心墻內埋設光纖傳感器的結構示意圖。
具體實施例方式本發明充分利用膨潤土復合防水毯永久的防水性能，施工簡便、不受氣溫影響，防水材料和對象一體化以及綠色環保的優點，將輕便、靈敏度高、可傳感多種物理量的光纖傳感器及其傳輸線埋設在粘土心墻內，防止滲漏、消除安全隱患，為控制和提高土石壩施工質量服務。下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述。參照圖1，其中:1為土石壩；2為粘土心墻；3為膨潤土復合防水毯；4為信號傳輸線；5為光纖傳感器。步驟1:根據待監測物理量，選擇相應的光纖傳感器5，并確定粘土心墻2內測點位置和信號傳輸線4布設路徑。土石壩I施工中，需要監測大壩內孔隙水壓力、土壓力和位移，相應選擇的光纖傳感器5具體為:孔隙水壓力光纖傳感器、土壓力光纖傳感器和位移光纖傳感器。步驟2:在確定的測點位置上布置光纖傳感器5，并在信號傳輸線4布設路徑上鋪設膨潤土復合防水毯3，將光纖傳感器5的感應端緊貼在膨潤土復合防水毯3外；將光纖傳感器5的信號傳輸線4置于膨潤土復合防水毯3的膨潤土內。
步驟3:跟隨土石壩I粘土心墻2的施工，按照確定的測點位置，分層布置光纖傳感器5，并將內置信號傳輸線4的膨潤土復合防水毯3，沿布設路徑直立鋪設在粘土心墻2中部，直到粘土心墻2施工到頂部，將信號傳輸線4引出。膨潤土復合防水毯3采用針刺法鈉基膨潤土防水毯，將光纖傳感器5的信號傳輸線4內嵌在針刺法鈉基膨潤土防水毯的膨潤土內，水平布置幾條防水毯，隨土石壩I粘土心墻2施工豎直向上鋪設，鋪設時為了適應土石壩I沉降變形，將膨潤土復合防水毯3采用“之”字形鋪設，兩端連接處設置0.5m搭接長度。施工后將信號傳輸線4外接到信號接收器，經校準和檢驗，就可開始實時監測大壩內水土應力應變變化過程，為工程管理和控制提供詳實的監測信息。本發明將膨潤土復合防水毯和光纖傳感器綜合應用于土石壩的粘土心墻，既發揮了膨潤土復合防水毯的防滲作用，又發揮了光纖傳感器的遙測作用，將兩種技術科學合理的用于土石壩施工和后期監測中，在保證光纖傳感器的安置不影響土石壩施工的同時消除了滲漏的安全隱患，具有如下的有益效果:(I)膨潤土復合防水毯具有很好的防滲性能，垂直鋪設在粘土心墻中部，加強了粘土心墻的防滲能力；(2)光纖傳感器信號傳輸線安置于膨潤土內，既不影響防滲效果，又滿足傳輸要求，還可保護信號傳輸線；(3)應用光纖傳感器的信號傳輸線外接遙測設備，可以實現信息化施工、實時監測，以及工后長期監測。
權利要求
1.一種在粘土心墻內埋設光纖傳感器的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，根據待監測物理量，選擇相應的光纖傳感器，并確定粘土心墻內測點位置和信號傳輸線布設路徑； 步驟2，在確定的測點位置上布置光纖傳感器，并在信號傳輸線布設路徑上鋪設膨潤土復合防水毯，將光纖傳感器的感應端緊貼在膨潤土復合防水毯外，將光纖傳感器的信號傳輸線置于膨潤土復合防水毯的膨潤土內； 步驟3，跟隨土石壩粘土心墻的施工，按照確定的測點位置，分層布置光纖傳感器，并將內置信號傳輸線的膨潤土復合防水毯，沿布設路徑直立鋪設在粘土心墻中部，直到粘土心墻施工到頂部，將信號傳輸線引出。
2.如權利要求1所述的一種在粘土心墻內埋設光纖傳感器的方法，其特征在于，所述光纖傳感器為:孔隙水壓力光纖傳感器、土壓力光纖傳感器和位移光纖傳感器。
3.如權利要求1所述的一種在粘土心墻內埋設光纖傳感器的方法，其特征在于，所述膨潤土復合防水毯為針刺法鈉基膨潤土防水毯。
4.如權利要求1或3所述的一種在粘土心墻內埋設光纖傳感器的方法，其特征在于，所述膨潤土復合防水毯采用“之”字形鋪設。
5.如權利要求1的所述的一種在粘土心墻內埋設光纖傳感器的方法，其特征在于，信號傳輸線引出后外接到信號接收器。
全文摘要
本發明公開了一種在粘土心墻內埋設光纖傳感器的方法。首先根據待監測物理量，選擇光纖傳感器，確定粘土心墻內測點位置和傳輸線布設路徑；然后，布置光纖傳感器，鋪設膨潤土復合防水毯，將光纖傳感器的感應端緊貼在防水毯外，將傳輸線置于防水毯的膨潤土內；最后，隨著土石壩粘土心墻的施工，按測點位置，分層布置光纖傳感器，并將內置傳輸線的防水毯沿布設路徑直立鋪設在粘土心墻中部，直到粘土心墻施工到頂部，將信號傳輸線引出。本發明將膨潤土復合防水毯和光纖傳感器綜合應用于土石壩的粘土心墻，既發揮了防水毯的防滲作用又發揮了光纖傳感器的遙測作用，通過傳輸線輸出信號，達到實時監測、信息化施工的功能和工后長期監測的效果。
文檔編號E02B7/06GK103114561SQ201310017899
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月17日 優先權日2013年1月17日
發明者嚴祖文, 鐘紅, 李紅軍, 張延億 申請人:中國水利水電科學研究院, 大連理工大學