基于分布式光纖傳感技術(shù)的云南萬家口子RCC拱壩三維溫度場研究.pdf

1、隨著我國筑壩技術(shù)的進(jìn)一步提升，相關(guān)的研究也取得了國際領(lǐng)先成果。云南萬家口子水電站碾壓混凝土RCC拱壩為當(dāng)前世界上第一高碾壓混凝土拱壩，對其進(jìn)行相關(guān)研究意義重大。
　　 大體積混凝土的溫度監(jiān)測異常重要，利用分布式光纖傳感技術(shù)來監(jiān)測大壩內(nèi)部溫度場較之傳統(tǒng)的電參量點(diǎn)式溫度計具有經(jīng)濟(jì)、節(jié)約和大量獲取內(nèi)部溫度數(shù)據(jù)等優(yōu)勢。同樣，分布式光纖測溫系統(tǒng)的應(yīng)用，為大體積混凝土結(jié)構(gòu)的智能化監(jiān)測、遠(yuǎn)程監(jiān)控和物聯(lián)網(wǎng)中央監(jiān)控平臺的建設(shè)打下了基礎(chǔ)。
　

2、　 本文的工作主要在以下方面:
　　 (1)研究和分析了分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的原理及精度影響因素，并通過儀器調(diào)試，本文提出了系統(tǒng)測溫的三個誤差，其分別是系統(tǒng)誤差、離散誤差與跳躍誤差。根據(jù)在工程應(yīng)用（野外）可能碰到的問題，提出了依據(jù)DTS的誤差性質(zhì)的改善方案，使之在工程應(yīng)用中的測溫精度由儀器出廠時的±0.7℃提高至±0.3℃。
　　 (2)根據(jù)蔡德所教授在光纖應(yīng)用多年的工作經(jīng)驗(yàn)，選定了50/125μm型號的鎧裝光纖光纜

3、，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用條件，得出了以開（鉤）槽法為主，支架法和貼附法為輔的光纖埋設(shè)方法，目前在實(shí)際應(yīng)用中光纖成活率為100％。鑒于傳統(tǒng)點(diǎn)式溫度計在汛期監(jiān)測中難以發(fā)揮全面作用，甚至不能監(jiān)測的現(xiàn)象，本文研究了汛期壩體內(nèi)部溫度監(jiān)測的光纖光纜的牽引方案，并獲得了珍貴的高薄拱壩汛期過水的溫度資料，為大壩的安全施工和安全運(yùn)行提供了全天候監(jiān)測保障。
　　 (3)通過和傳統(tǒng)的點(diǎn)式溫度計測溫效果對比，研究了光纖測溫在當(dāng)今世界第一高RCC拱壩的云南萬家口

4、子工程應(yīng)用的可靠性問題。研究表明兩者的測溫誤差很小，監(jiān)測的溫度曲線發(fā)展趨勢一致，而且?guī)缀踔睾?，可論證了分布式光纖傳感技術(shù)應(yīng)用在壩體監(jiān)測的可靠性和高精度性。通過對DTS的溫度監(jiān)測成果分析，得出了氣溫對壩體內(nèi)部混凝土的影響很小，但是對壩體表層混凝土的影響很大，故而應(yīng)該盡量避開在高溫季節(jié)澆筑混凝土。通過對云南萬家口子水電站的RCC拱壩澆筑的碾壓混凝土的水化熱過程進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，得出了該段壩體碾壓混凝土水化熱過程為11天，而其常態(tài)混凝土的水化

5、熱過程為7天。在實(shí)際監(jiān)測進(jìn)行施工指導(dǎo)中，可有效指導(dǎo)工程施工。
　　 (4)本文由監(jiān)測數(shù)據(jù)得出了壩體內(nèi)部混凝土溫度的真實(shí)變化，1289.5m高程壩體最高溫度在初期發(fā)生在二級配碾壓混凝土拱冠梁中心線附近，最高溫度為在4月18日的27.8℃，后來隨著二期冷卻通水降溫結(jié)束，壩體溫度在慢慢上升，最高溫度區(qū)域在壩體拱冠梁中心線中心部位，至9月18日所監(jiān)測的數(shù)據(jù)顯示，最高溫度為26℃，在光纖位置ED部位;1298m高程在5月18日監(jiān)測的溫度數(shù)

6、據(jù)最高，最高溫度值為43.3℃，在上游光纖中心線（拱冠梁中心線靠近上游壩面3m位置）處，此處為常態(tài)混凝土澆筑區(qū)。根據(jù)監(jiān)測成果的特征點(diǎn)的歷時溫度過程線分析，其可較為真實(shí)反映了壩內(nèi)混凝土的溫度變化過程和通水冷卻的過程。
　　 (5)利用ANSYS軟件，以云南萬家口子4#壩段的壩體混凝土三維溫度場仿真模擬為例，結(jié)合模擬參數(shù)和監(jiān)測的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬計算，得出了該壩段已經(jīng)澆筑的混凝土的三維仿真溫度場。對比仿真溫度溫度場的值和DTS實(shí)際監(jiān)測