一、引言1.1研究背景與意義土體變形監(jiān)測(cè)在各類工程建設(shè)與地質(zhì)研究中占據(jù)著舉足輕重的地位，是保障工程安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在土木工程領(lǐng)域，如高層建筑、橋梁、隧道、堤壩等大型基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，土體作為基礎(chǔ)支撐介質(zhì)，其變形狀態(tài)直接關(guān)系到工程結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性。一旦土體發(fā)生過(guò)度變形或不均勻沉降，可能導(dǎo)致建筑物傾斜、開(kāi)裂，橋梁結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，隧道坍塌等嚴(yán)重事故，不僅會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還可能危及人們的生命安全。在地質(zhì)災(zāi)害防治方面，山體滑坡、泥石流、地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生往往與土體變形密切相關(guān)。通過(guò)對(duì)土體變形的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的地質(zhì)災(zāi)害隱患，為災(zāi)害預(yù)警和防治措施的制定提供科學(xué)依據(jù)，從而有效減少災(zāi)害造成的損失。傳感光纜作為一種新型的監(jiān)測(cè)技術(shù)，近年來(lái)在土體變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，展現(xiàn)出諸多傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法難以比擬的優(yōu)勢(shì)。其基于光信號(hào)傳輸與感知原理，利用光纖的物理特性對(duì)外部環(huán)境變化進(jìn)行敏感響應(yīng)。傳感光纜具有分布式測(cè)量的能力，能夠沿著光纖長(zhǎng)度方向連續(xù)監(jiān)測(cè)土體的應(yīng)變、溫度等參數(shù)，獲取整個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域的連續(xù)信息，而不像傳統(tǒng)點(diǎn)式傳感器只能提供離散點(diǎn)的數(shù)據(jù)，極大地提高了監(jiān)測(cè)的全面性和準(zhǔn)確性。例如在大型堤壩的監(jiān)測(cè)中，傳感光纜可以全程覆蓋堤壩，實(shí)時(shí)掌握不同部位的土體變形情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的滲漏點(diǎn)和薄弱區(qū)域。傳感光纜還具有抗電磁干擾、耐腐蝕、精度高、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，使其能夠在復(fù)雜惡劣的環(huán)境中穩(wěn)定工作，適應(yīng)各種工程監(jiān)測(cè)場(chǎng)景的需求。在城市地鐵建設(shè)中，面對(duì)強(qiáng)電磁干擾的地下環(huán)境，傳感光纜能夠準(zhǔn)確可靠地監(jiān)測(cè)土體變形，為地鐵施工安全提供有力保障。然而，傳感光纜與土體之間的變形耦合性問(wèn)題是影響監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因素。土體是一種復(fù)雜的多相介質(zhì)，其物理力學(xué)性質(zhì)具有高度的不均勻性和各向異性，且土體的變形行為受到多種因素的綜合影響，如土體的類型、含水量、密實(shí)度、應(yīng)力狀態(tài)以及外部荷載的作用等。而傳感光纜質(zhì)地相對(duì)均一，其力學(xué)性能與土體存在顯著差異。當(dāng)土體發(fā)生變形時(shí)，如何確保傳感光纜能夠準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地感知并傳遞土體的變形信息，實(shí)現(xiàn)兩者之間良好的變形協(xié)調(diào)性，是目前亟待解決的重要問(wèn)題。如果傳感光纜與土體之間的耦合性不佳，可能導(dǎo)致光纜所測(cè)量的應(yīng)變與土體實(shí)際應(yīng)變存在偏差，從而使監(jiān)測(cè)結(jié)果出現(xiàn)誤差，無(wú)法真實(shí)反映土體的變形狀態(tài)，進(jìn)而影響對(duì)工程安全狀況的準(zhǔn)確評(píng)估和地質(zhì)災(zāi)害的有效預(yù)警。因此，深入開(kāi)展傳感光纜與土體變形耦合性試驗(yàn)研究，建立科學(xué)合理的評(píng)價(jià)模型，對(duì)于提高土體變形監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性，推動(dòng)傳感光纜監(jiān)測(cè)技術(shù)在工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)試驗(yàn)研究，可以直觀地了解傳感光纜與土體在不同工況下的相互作用機(jī)制和變形傳遞規(guī)律，為優(yōu)化傳感光纜的設(shè)計(jì)、鋪設(shè)工藝以及數(shù)據(jù)處理方法提供依據(jù)。構(gòu)建評(píng)價(jià)模型能夠?qū)鞲泄饫|與土體的耦合性能進(jìn)行定量評(píng)估，為工程實(shí)踐中選擇合適的監(jiān)測(cè)方案和判斷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性提供科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，從而有效提升工程安全監(jiān)測(cè)水平，保障各類工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在傳感光纜與土體變形耦合性試驗(yàn)及評(píng)價(jià)模型研究方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已取得了一系列有價(jià)值的成果，極大地推動(dòng)了該領(lǐng)域的發(fā)展。國(guó)外學(xué)者在早期就對(duì)光纖傳感技術(shù)在巖土工程監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用展開(kāi)了探索。例如，日本學(xué)者Kihara等在2002年將分布式光纖應(yīng)變傳感器應(yīng)用于河堤防坍塌監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)光纖應(yīng)變數(shù)據(jù)的分析，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)堤防潛在危險(xiǎn)區(qū)域的有效識(shí)別，為防洪工程的安全監(jiān)測(cè)提供了新的技術(shù)手段。Ansari和Yuan于1998年從力學(xué)原理出發(fā)，深入研究了光纖傳感器中界面剪切傳遞和粘結(jié)機(jī)理，通過(guò)理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，建立了相應(yīng)的力學(xué)模型，為后續(xù)光纖與土體相互作用的研究奠定了理論基礎(chǔ)。Iten在2011年的研究中，將分布式光纖傳感技術(shù)創(chuàng)新性地應(yīng)用于巖土工程的多個(gè)領(lǐng)域，如邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)、地基沉降監(jiān)測(cè)等，通過(guò)大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，積累了豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步拓展了該技術(shù)的應(yīng)用范圍。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者在該領(lǐng)域的研究也取得了顯著進(jìn)展。南京大學(xué)的施斌團(tuán)隊(duì)在分布式光纖傳感技術(shù)應(yīng)用于巖土體變形監(jiān)測(cè)方面開(kāi)展了系統(tǒng)性研究。李博等設(shè)計(jì)了土條的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，將傳感光纖預(yù)埋在土條中，借助高空間分辨率OBR分布式光纖傳感技術(shù)、激光位移傳感器以及PIV攝影測(cè)量技術(shù)，對(duì)光纖與土體的變形耦合性能進(jìn)行了深入分析。研究結(jié)果表明，當(dāng)土條變形較小時(shí)，土體與光纖耦合性能良好，傳感光纖能夠準(zhǔn)確測(cè)量相應(yīng)位置土體的應(yīng)變分布情況；而當(dāng)變形較大時(shí)，傳感光纖與土體將發(fā)生相對(duì)滑移，土體變形難以完全傳遞給傳感光纖，光纖與土體的變形耦合性能隨土體變形的增大逐漸降低。在此基礎(chǔ)上，他們提出了采用應(yīng)變傳遞系數(shù)來(lái)表征纖-土的變形耦合性能，為定量評(píng)價(jià)兩者的耦合關(guān)系提供了有效的方法。顧凱副教授課題組基于高性能離散元數(shù)值模擬軟件MatDEM建立了精細(xì)的二維模型，重現(xiàn)了不同圍壓條件下光纜在土中的拉拔過(guò)程，深入揭示了光纜-土體變形協(xié)調(diào)行為。研究發(fā)現(xiàn)離散元方法能夠很好地揭示拉拔過(guò)程中光纜與土體顆粒各自的變形特征以及在實(shí)驗(yàn)中難以獲得的光纜-土體界面剪應(yīng)力分布。同時(shí)，他們指出地層圍壓是決定光纜-土體耦合的關(guān)鍵因素，不同于常用的“應(yīng)變傳遞深度Lε”，光纜與土體界面的“滑脫深度Ls”能夠更準(zhǔn)確地反映光纜與土體間的耦合程度。此外，該課題組還闡明了應(yīng)變軟化型光纜拉拔過(guò)程中各階段光纜軸應(yīng)變分布與界面剪切應(yīng)力分布的理論模型，并提出了分別基于“光纜軸應(yīng)變”和“界面剪應(yīng)力”的光纜-土體變形協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)方法，為深入理解光纜-土體變形協(xié)調(diào)性提供了重要依據(jù)。張松等針對(duì)土工模型試驗(yàn)中傳感光纜與被測(cè)松填砂土間的變形耦合性問(wèn)題，研制了一種錨固點(diǎn)應(yīng)變傳感光纜，并利用自制的光纜-土體耦合性試驗(yàn)裝置，開(kāi)展了相關(guān)的光纜拉拔試驗(yàn)。研究結(jié)果表明，光纜的軸向應(yīng)變隨拉拔位移的增大而增大，但應(yīng)變傳遞被限制在0.35m以內(nèi)；相同拉拔位移下，錨固點(diǎn)應(yīng)變傳感光纜比普通傳感光纜需要更大的拉拔力；錨固點(diǎn)大大降低了應(yīng)變梯度，使應(yīng)變?cè)谝欢ǚ秶鷥?nèi)呈現(xiàn)出平均化的特征，影響范圍為錨固點(diǎn)前后0.05-0.075m以內(nèi)。他們還提出了耦合性的提升率指標(biāo)，以此定量評(píng)價(jià)錨固點(diǎn)對(duì)增強(qiáng)光纜與土體耦合性的作用效果，同時(shí)建立了力學(xué)模型來(lái)模擬錨固點(diǎn)應(yīng)變傳感光纜在松填砂土中的拉拔過(guò)程，準(zhǔn)確地描述了光纜拉拔力與錨固點(diǎn)受力和光纜表面摩擦力之間的關(guān)系。然而，目前的研究仍存在一些不足之處。在試驗(yàn)研究方面，雖然已開(kāi)展了多種類型的試驗(yàn)，但由于土體性質(zhì)的復(fù)雜性和多樣性，不同試驗(yàn)條件下得到的結(jié)果存在一定差異，缺乏統(tǒng)一的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和方法，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果的可比性和通用性較差。此外，現(xiàn)有試驗(yàn)大多側(cè)重于研究單一因素對(duì)傳感光纜與土體變形耦合性的影響，而實(shí)際工程中土體變形往往受到多種因素的綜合作用，對(duì)于多因素耦合作用下的變形耦合特性研究還不夠深入。在評(píng)價(jià)模型方面，現(xiàn)有的評(píng)價(jià)模型多基于特定的試驗(yàn)條件和假設(shè)，對(duì)實(shí)際工程的適應(yīng)性有限，難以全面準(zhǔn)確地反映傳感光纜與土體在復(fù)雜工程環(huán)境下的耦合性能。而且，部分模型在參數(shù)確定上存在一定的主觀性和不確定性，影響了模型的準(zhǔn)確性和可靠性。綜上所述，盡管?chē)?guó)內(nèi)外在傳感光纜與土體變形耦合性試驗(yàn)及評(píng)價(jià)模型研究方面已取得了一定成果，但仍有許多問(wèn)題亟待解決。進(jìn)一步開(kāi)展深入系統(tǒng)的研究，建立更加完善的試驗(yàn)方法和科學(xué)合理的評(píng)價(jià)模型，對(duì)于提高傳感光纜在土體變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用效果具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.3研究?jī)?nèi)容與方法本研究將緊密?chē)@傳感光纜與土體變形耦合性展開(kāi)，綜合運(yùn)用多種研究方法，深入剖析其內(nèi)在機(jī)理，建立科學(xué)合理的評(píng)價(jià)模型，為實(shí)際工程應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。1.3.1研究?jī)?nèi)容設(shè)計(jì)并開(kāi)展傳感光纜與土體變形耦合性試驗(yàn)：針對(duì)不同類型的土體，如黏土、砂土、粉土等，設(shè)計(jì)一系列對(duì)比試驗(yàn)，以探究土體性質(zhì)對(duì)耦合性的影響。同時(shí)，考慮不同的埋設(shè)條件，包括埋設(shè)深度、埋設(shè)方式（水平埋設(shè)、垂直埋設(shè)等）以及光纜與土體的接觸狀態(tài)（緊密接觸、存在間隙等），設(shè)置多組試驗(yàn)工況，全面研究埋設(shè)條件對(duì)耦合性的作用規(guī)律。在試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)改變外部荷載的大小、加載速率和加載方式（單調(diào)加載、循環(huán)加載等），模擬實(shí)際工程中的各種受力情況，分析外部荷載因素對(duì)傳感光纜與土體變形耦合性的影響。利用高精度的測(cè)量設(shè)備，如分布式光纖應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)、激光位移傳感器、電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)等，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地測(cè)量傳感光纜的應(yīng)變、土體的變形以及兩者之間的相對(duì)位移等關(guān)鍵參數(shù)，為后續(xù)的分析提供可靠的數(shù)據(jù)支持。進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析：在試驗(yàn)過(guò)程中，運(yùn)用自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，按照設(shè)定的時(shí)間間隔或變形增量，高頻采集傳感光纜的應(yīng)變數(shù)據(jù)、土體的變形數(shù)據(jù)以及其他相關(guān)的物理量數(shù)據(jù)。采用統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和初步分析，計(jì)算數(shù)據(jù)的均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等統(tǒng)計(jì)參數(shù)，以了解數(shù)據(jù)的集中趨勢(shì)和離散程度，初步判斷數(shù)據(jù)的可靠性和異常值。運(yùn)用相關(guān)性分析方法，研究傳感光纜應(yīng)變與土體變形之間的線性或非線性關(guān)系，確定兩者之間的相關(guān)程度和變化趨勢(shì)。通過(guò)回歸分析，建立傳感光纜應(yīng)變與土體變形之間的數(shù)學(xué)模型，量化兩者之間的關(guān)系。運(yùn)用頻譜分析方法，對(duì)動(dòng)態(tài)荷載作用下的傳感光纜應(yīng)變和土體變形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究其頻率特性和響應(yīng)規(guī)律，揭示兩者在不同頻率下的耦合特性。構(gòu)建傳感光纜與土體變形耦合性評(píng)價(jià)模型：基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論分析，綜合考慮土體性質(zhì)、埋設(shè)條件、外部荷載等多種因素，引入能夠反映這些因素影響的特征參數(shù)，構(gòu)建全面、準(zhǔn)確的傳感光纜與土體變形耦合性評(píng)價(jià)模型。采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，如支持向量機(jī)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，對(duì)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練和學(xué)習(xí)，建立基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的耦合性評(píng)價(jià)模型。通過(guò)交叉驗(yàn)證、留一法等方法對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化，提高模型的泛化能力和預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性。利用所建立的評(píng)價(jià)模型，對(duì)不同工況下的傳感光纜與土體變形耦合性進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，輸出耦合性能指標(biāo)，如耦合系數(shù)、協(xié)調(diào)度等，直觀地反映兩者之間的耦合程度。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)傳感光纜的選型、埋設(shè)方案以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化提出科學(xué)合理的建議，為實(shí)際工程應(yīng)用提供決策依據(jù)。1.3.2研究方法試驗(yàn)研究：搭建室內(nèi)試驗(yàn)平臺(tái)，包括制作不同尺寸和形狀的土樣模型箱，配備先進(jìn)的加載設(shè)備和測(cè)量?jī)x器，模擬各種實(shí)際工程條件下的土體變形和傳感光纜的工作狀態(tài)。進(jìn)行不同類型的試驗(yàn)，如直接拉伸試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)等，以獲取傳感光纜與土體在不同受力模式下的變形數(shù)據(jù)和力學(xué)參數(shù)。開(kāi)展多因素正交試驗(yàn)，系統(tǒng)研究土體性質(zhì)、埋設(shè)條件、外部荷載等因素對(duì)耦合性的影響，通過(guò)合理安排試驗(yàn)方案，減少試驗(yàn)次數(shù)，提高試驗(yàn)效率，同時(shí)保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性和有效性。數(shù)值模擬：利用有限元分析軟件，如ANSYS、ABAQUS等，建立傳感光纜與土體相互作用的數(shù)值模型。在模型中，精確模擬土體的非線性力學(xué)行為、光纜的材料特性以及兩者之間的接觸界面，考慮土體的彈塑性、黏彈性、各向異性等復(fù)雜力學(xué)性質(zhì)，以及光纜與土體之間的摩擦、粘結(jié)、滑移等相互作用。通過(guò)數(shù)值模擬，對(duì)不同工況下的傳感光纜與土體變形耦合過(guò)程進(jìn)行仿真分析，得到應(yīng)變分布、應(yīng)力傳遞、相對(duì)位移等詳細(xì)信息，與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，進(jìn)一步深入理解兩者之間的耦合機(jī)制。利用數(shù)值模擬的靈活性，進(jìn)行參數(shù)化研究，快速改變模型中的各種參數(shù)，如土體參數(shù)、光纜參數(shù)、埋設(shè)參數(shù)等，分析這些參數(shù)對(duì)耦合性的影響規(guī)律，為試驗(yàn)設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。理論分析：基于彈性力學(xué)、材料力學(xué)、接觸力學(xué)等基本理論，建立傳感光纜與土體變形耦合的理論模型，推導(dǎo)應(yīng)變傳遞、應(yīng)力分布等相關(guān)的理論公式，從理論層面揭示兩者之間的相互作用機(jī)制和變形傳遞規(guī)律。對(duì)理論模型進(jìn)行簡(jiǎn)化和求解，得到解析解或近似解析解，以便于分析和應(yīng)用。通過(guò)與試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證理論模型的正確性和有效性，對(duì)理論模型進(jìn)行修正和完善，提高其精度和適用性。利用理論分析的結(jié)果，對(duì)傳感光纜與土體變形耦合性的影響因素進(jìn)行敏感性分析，確定關(guān)鍵影響因素，為工程實(shí)踐中的參數(shù)優(yōu)化和控制提供理論依據(jù)。二、傳感光纜與土體變形耦合性原理2.1傳感光纜工作原理傳感光纜的工作原理基于光在光纖中的傳輸特性以及光與外界環(huán)境相互作用時(shí)產(chǎn)生的各種效應(yīng)，其中布里淵散射和拉曼散射是實(shí)現(xiàn)應(yīng)變、溫度等參數(shù)測(cè)量的重要基礎(chǔ)。2.1.1基于布里淵散射的傳感原理布里淵散射是一種光與光纖中聲學(xué)聲子相互作用的非彈性散射現(xiàn)象。當(dāng)光在光纖中傳播時(shí)，光子會(huì)與光纖中的聲學(xué)聲子發(fā)生相互作用，部分光子的能量會(huì)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生頻率不同于入射光的散射光，這種散射光即為布里淵散射光。布里淵散射光的頻率與入射光頻率之差稱為布里淵頻移，其大小與光纖的溫度和應(yīng)變密切相關(guān)。在溫度一定的情況下，光纖受到軸向拉伸或壓縮應(yīng)變時(shí)，光纖的晶格結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致聲學(xué)聲子的頻率改變，進(jìn)而引起布里淵頻移的變化。這種變化關(guān)系可近似表示為線性關(guān)系，即布里淵頻移隨應(yīng)變的增加而線性增大。通過(guò)精確測(cè)量布里淵頻移的變化量，就可以準(zhǔn)確計(jì)算出光纖所承受的應(yīng)變大小。例如，對(duì)于常用的單模光纖，其應(yīng)變靈敏度系數(shù)約為0.05MHz/με，這意味著當(dāng)光纖發(fā)生1με（微應(yīng)變）的應(yīng)變時(shí)，布里淵頻移將改變約0.05MHz。同時(shí)，溫度的變化也會(huì)對(duì)布里淵頻移產(chǎn)生影響。當(dāng)溫度升高時(shí)，光纖材料的熱膨脹和熱彈性效應(yīng)會(huì)使光纖的晶格間距發(fā)生變化，從而改變聲學(xué)聲子的頻率，導(dǎo)致布里淵頻移發(fā)生改變。溫度與布里淵頻移之間同樣存在近似的線性關(guān)系，一般情況下，單模光纖的溫度靈敏度系數(shù)約為1.0MHz/℃，即溫度每升高1℃，布里淵頻移約增大1.0MHz。基于布里淵散射的傳感技術(shù)主要有布里淵光時(shí)域反射計(jì)（BOTDR）、布里淵光時(shí)域分析（BOTDA）和布里淵光頻域分析（BOFDA）等。BOTDR利用自發(fā)布里淵散射現(xiàn)象，通過(guò)發(fā)射光脈沖到光纖中，并檢測(cè)沿光纖長(zhǎng)度方向上返回的布里淵散射光的頻率變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖沿線應(yīng)變和溫度的分布式測(cè)量。BOTDA則是采用受激布里淵散射原理，通過(guò)在光纖兩端分別注入泵浦光和探測(cè)光，當(dāng)兩束光的頻率差滿足布里淵頻移條件時(shí)，會(huì)發(fā)生受激布里淵散射，通過(guò)檢測(cè)散射光的強(qiáng)度變化來(lái)獲取應(yīng)變和溫度信息。BOFDA利用掃頻光源對(duì)光纖進(jìn)行激勵(lì)，通過(guò)測(cè)量不同頻率下的布里淵散射信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖應(yīng)變和溫度的高分辨率測(cè)量。2.1.2基于拉曼散射的傳感原理拉曼散射是入射光與光纖自身的光學(xué)聲子相互作用產(chǎn)生的一種散射現(xiàn)象。當(dāng)光在光纖中傳播時(shí)，光子與光纖分子的振動(dòng)相互作用，部分光子的能量會(huì)發(fā)生改變，產(chǎn)生頻率高于或低于入射光的散射光，分別稱為反斯托克斯拉曼散射光和斯托克斯拉曼散射光。反斯托克斯拉曼散射光的強(qiáng)度對(duì)溫度具有強(qiáng)烈的依賴性，而斯托克斯拉曼散射光的強(qiáng)度受溫度影響較小。利用這一特性，通過(guò)測(cè)量反斯托克斯拉曼散射光與斯托克斯拉曼散射光的強(qiáng)度比，并結(jié)合相關(guān)的溫度標(biāo)定曲線，就可以精確計(jì)算出光纖所處環(huán)境的溫度。具體來(lái)說(shuō)，溫度升高時(shí)，分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，處于高能級(jí)的分子數(shù)增加，導(dǎo)致反斯托克斯拉曼散射光的強(qiáng)度增強(qiáng)，而斯托克斯拉曼散射光的強(qiáng)度基本不變，因此兩者的強(qiáng)度比會(huì)隨著溫度的升高而增大?；诶⑸涞臏囟葌鞲屑夹g(shù)具有響應(yīng)速度快、測(cè)量精度高、可實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于需要對(duì)溫度進(jìn)行精確監(jiān)測(cè)的領(lǐng)域，如電力電纜溫度監(jiān)測(cè)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、石油化工管道溫度監(jiān)測(cè)等。在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)向光纖中發(fā)射短脈沖光，然后利用光時(shí)域反射原理，檢測(cè)不同位置處拉曼散射光返回的時(shí)間和強(qiáng)度，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)沿光纖長(zhǎng)度方向上溫度分布的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。綜上所述，基于布里淵散射和拉曼散射的傳感原理為傳感光纜實(shí)現(xiàn)對(duì)土體變形和溫度等參數(shù)的精確測(cè)量提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，使得傳感光纜能夠在復(fù)雜的工程環(huán)境中發(fā)揮重要的監(jiān)測(cè)作用。2.2土體變形特性土體作為一種復(fù)雜的地質(zhì)材料，其變形特性受到多種因素的綜合影響，深入理解土體在不同受力條件下的變形規(guī)律以及土體性質(zhì)對(duì)變形的作用機(jī)制，對(duì)于準(zhǔn)確把握傳感光纜與土體變形耦合性具有重要意義。2.2.1不同受力條件下的變形規(guī)律當(dāng)土體承受荷載時(shí)，其變形過(guò)程通常較為復(fù)雜，涵蓋了彈性變形、塑性變形和蠕變等多個(gè)階段。在荷載施加的初期，若荷載大小未超過(guò)土體的彈性極限，土體表現(xiàn)出彈性變形特征。此時(shí)，土體內(nèi)部的顆粒之間僅發(fā)生微小的相對(duì)位移，土顆粒的排列方式基本保持不變，土體的變形與所施加的荷載呈線性關(guān)系，遵循胡克定律。一旦外力移除，土體能夠完全恢復(fù)到初始狀態(tài)，這種變形具有可逆性。例如，在進(jìn)行小型室內(nèi)壓縮試驗(yàn)時(shí)，對(duì)密實(shí)度較高的砂土試樣施加較小的豎向壓力，在壓力作用下，砂土試樣會(huì)產(chǎn)生一定的壓縮變形，當(dāng)壓力解除后，砂土試樣能夠迅速回彈，恢復(fù)到接近初始的高度，這便是典型的彈性變形現(xiàn)象。隨著荷載的逐漸增加，當(dāng)超過(guò)土體的彈性極限后，土體開(kāi)始進(jìn)入塑性變形階段。在塑性變形階段，土體內(nèi)部的顆粒結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著改變，顆粒之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)和重新排列，導(dǎo)致土體產(chǎn)生不可逆的永久變形。即使外力完全移除，土體也無(wú)法恢復(fù)到原始狀態(tài)。以黏土為例，在三軸壓縮試驗(yàn)中，當(dāng)軸向壓力達(dá)到一定程度后，黏土試樣會(huì)出現(xiàn)明顯的鼓脹現(xiàn)象，這表明土體內(nèi)部的顆粒結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了破壞和重塑，產(chǎn)生了塑性變形。而且，塑性變形的大小和速率不僅與荷載的大小和持續(xù)時(shí)間密切相關(guān)，還受到土體自身的物理力學(xué)性質(zhì)，如顆粒組成、密實(shí)度、含水量等因素的影響。對(duì)于黏性土，尤其是飽和黏性土，在應(yīng)力保持不變的情況下，還會(huì)出現(xiàn)一種特殊的變形現(xiàn)象——蠕變。蠕變是指土體的應(yīng)變隨時(shí)間持續(xù)增長(zhǎng)的過(guò)程。在蠕變初期，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速率相對(duì)較快，但隨著時(shí)間的推移，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速率逐漸減小，最終趨于穩(wěn)定。然而，當(dāng)所施加的應(yīng)力較大時(shí)，盡管應(yīng)力仍低于土體的常規(guī)試驗(yàn)所確定的強(qiáng)度，應(yīng)變率在初期可能會(huì)逐漸減小，但隨后會(huì)突然增大，直至導(dǎo)致土體發(fā)生破壞。這種蠕變現(xiàn)象在軟土地基的沉降過(guò)程中表現(xiàn)得尤為明顯。例如，在沿海地區(qū)的軟土地基上建造建筑物時(shí)，即使建筑物的荷載在地基的承載能力范圍內(nèi)，地基土也會(huì)隨著時(shí)間的推移而持續(xù)發(fā)生沉降，這就是土體蠕變的結(jié)果。若對(duì)這種蠕變現(xiàn)象缺乏足夠的認(rèn)識(shí)和合理的預(yù)測(cè)，可能會(huì)導(dǎo)致建筑物在長(zhǎng)期使用過(guò)程中出現(xiàn)不均勻沉降，進(jìn)而影響建筑物的結(jié)構(gòu)安全和正常使用。2.2.2土體性質(zhì)對(duì)變形的影響土體的性質(zhì)是決定其變形特性的關(guān)鍵內(nèi)在因素，不同類型的土體由于其顆粒組成、礦物成分、結(jié)構(gòu)特征以及物理狀態(tài)等方面存在差異，在相同受力條件下會(huì)表現(xiàn)出截然不同的變形行為。顆粒組成是影響土體變形的重要因素之一。砂土通常由較大粒徑的顆粒組成，顆粒間的黏聚力較小，主要依靠顆粒之間的摩擦力來(lái)抵抗外力。在受力時(shí)，砂土顆粒容易發(fā)生相對(duì)滾動(dòng)和滑動(dòng)，導(dǎo)致砂土的變形較大，且變形發(fā)展較為迅速。當(dāng)對(duì)砂土進(jìn)行直接剪切試驗(yàn)時(shí)，隨著剪切力的逐漸增加，砂土顆粒之間的咬合作用迅速被破壞，試樣很快就會(huì)達(dá)到剪切破壞狀態(tài)，產(chǎn)生較大的剪切變形。相比之下，黏土的顆粒粒徑細(xì)小，顆粒表面帶有電荷，具有較強(qiáng)的吸附能力，使得黏土顆粒之間存在較大的黏聚力。在受力過(guò)程中，黏土顆粒之間的相對(duì)位移較為困難，因此黏土的變形相對(duì)較小，且變形發(fā)展較為緩慢。在進(jìn)行黏土的壓縮試驗(yàn)時(shí)，需要施加較大的壓力并持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，黏土才會(huì)產(chǎn)生明顯的壓縮變形。土體的含水量對(duì)其變形特性也有著顯著影響。水在土顆粒之間起到潤(rùn)滑和填充孔隙的作用，含水量的變化會(huì)改變土體的物理狀態(tài)和力學(xué)性質(zhì)。當(dāng)土體的含水量較低時(shí)，土顆粒之間的摩擦力較大，土體表現(xiàn)出較高的強(qiáng)度和較小的變形能力。隨著含水量的增加，土體的飽和度逐漸提高，孔隙水壓力增大，土顆粒之間的有效應(yīng)力減小，導(dǎo)致土體的強(qiáng)度降低，變形能力增強(qiáng)。對(duì)于飽和軟黏土，由于其含水量高，孔隙水壓力難以迅速消散，在受到外部荷載作用時(shí)，土體容易發(fā)生較大的變形，且變形持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。例如，在含水量較高的淤泥質(zhì)黏土中進(jìn)行地基處理時(shí)，如果不采取有效的排水措施，地基土在建筑物荷載的作用下會(huì)產(chǎn)生較大的沉降，且沉降穩(wěn)定所需的時(shí)間較長(zhǎng)。此外，土體的密實(shí)度也是影響變形的重要因素。密實(shí)度較高的土體，土顆粒之間的排列緊密，孔隙率較小，顆粒之間的相互作用力較強(qiáng)，因此具有較高的強(qiáng)度和較小的變形能力。而密實(shí)度較低的土體，顆粒之間的空隙較大，結(jié)構(gòu)相對(duì)松散，在受力時(shí)容易發(fā)生顆粒的重新排列和位移，導(dǎo)致土體產(chǎn)生較大的變形。在工程實(shí)踐中，常通過(guò)對(duì)地基土進(jìn)行壓實(shí)處理，提高土體的密實(shí)度，從而減小地基的變形，提高地基的承載能力。綜上所述，土體在不同受力條件下呈現(xiàn)出復(fù)雜的變形規(guī)律，且土體性質(zhì)對(duì)其變形有著至關(guān)重要的影響。在研究傳感光纜與土體變形耦合性時(shí)，必須充分考慮土體的這些變形特性，以準(zhǔn)確理解兩者之間的相互作用機(jī)制，為后續(xù)的試驗(yàn)研究和評(píng)價(jià)模型構(gòu)建提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。2.3耦合作用機(jī)制傳感光纜與土體之間的耦合作用是一個(gè)涉及多物理場(chǎng)、多尺度的復(fù)雜力學(xué)過(guò)程，兩者在力學(xué)性質(zhì)上存在顯著差異，這種差異導(dǎo)致了它們?cè)谙嗷プ饔脮r(shí)呈現(xiàn)出獨(dú)特的變形響應(yīng)和應(yīng)力傳遞特性。深入剖析兩者之間的耦合作用機(jī)制，對(duì)于準(zhǔn)確理解傳感光纜在土體變形監(jiān)測(cè)中的工作原理，以及提高監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性具有重要意義。從力學(xué)角度來(lái)看，傳感光纜與土體之間的相互作用主要體現(xiàn)在界面摩擦力和應(yīng)力傳遞兩個(gè)方面。當(dāng)土體發(fā)生變形時(shí)，由于傳感光纜與土體之間存在緊密的接觸，兩者之間會(huì)產(chǎn)生界面摩擦力。這種摩擦力是傳感光纜與土體之間變形傳遞的重要橋梁，它的大小和分布直接影響著傳感光纜對(duì)土體變形的感知能力。界面摩擦力的大小受到多種因素的綜合影響，包括土體的性質(zhì)、光纜與土體的接觸狀態(tài)以及外部荷載的作用等。在黏性土中，由于黏土顆粒之間存在較強(qiáng)的黏聚力，使得土體與傳感光纜之間的接觸更為緊密，從而能夠產(chǎn)生較大的界面摩擦力，有利于土體變形的傳遞。而在砂土中，顆粒間的黏聚力較小，界面摩擦力相對(duì)較弱，可能導(dǎo)致土體變形在傳遞過(guò)程中出現(xiàn)一定的損耗，影響傳感光纜對(duì)土體變形的準(zhǔn)確測(cè)量。光纜與土體的接觸狀態(tài)也是影響界面摩擦力的關(guān)鍵因素之一。如果光纜與土體之間存在間隙或接觸不良，會(huì)顯著減小兩者之間的有效接觸面積，進(jìn)而降低界面摩擦力，使得土體變形難以有效地傳遞給傳感光纜。相反，若通過(guò)合理的埋設(shè)工藝確保光纜與土體緊密貼合，增加接觸面積，可以提高界面摩擦力，增強(qiáng)變形傳遞效果。在實(shí)際工程中，常采用在光纜周?chē)畛涮囟ǖ奶畛洳牧?，如?xì)砂、膨潤(rùn)土等，來(lái)改善光纜與土體的接觸狀態(tài)，提高界面摩擦力。外部荷載的作用同樣會(huì)對(duì)界面摩擦力產(chǎn)生影響。當(dāng)土體受到較大的外部荷載時(shí)，土顆粒之間的相互作用力增強(qiáng)，土體與傳感光纜之間的接觸壓力增大，從而使界面摩擦力增大。在進(jìn)行大型建筑物地基沉降監(jiān)測(cè)時(shí)，隨著建筑物荷載的逐漸增加，地基土與埋設(shè)其中的傳感光纜之間的界面摩擦力也會(huì)相應(yīng)增大，有利于傳感光纜更準(zhǔn)確地感知土體的變形。然而，當(dāng)外部荷載過(guò)大導(dǎo)致土體發(fā)生破壞或出現(xiàn)較大的塑性變形時(shí)，土體與傳感光纜之間的接觸狀態(tài)可能會(huì)發(fā)生改變，界面摩擦力也會(huì)隨之發(fā)生變化，甚至可能出現(xiàn)兩者之間的相對(duì)滑移，從而影響變形傳遞的準(zhǔn)確性。應(yīng)力傳遞是傳感光纜與土體耦合作用的另一個(gè)重要方面。當(dāng)土體受到外力作用發(fā)生變形時(shí)，土體會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，并通過(guò)界面摩擦力將部分應(yīng)力傳遞給傳感光纜。傳感光纜在接收到應(yīng)力后，會(huì)發(fā)生相應(yīng)的應(yīng)變，從而通過(guò)其自身的傳感原理將應(yīng)變轉(zhuǎn)化為光信號(hào)的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)土體變形的監(jiān)測(cè)。然而，由于傳感光纜與土體的力學(xué)性質(zhì)不同，應(yīng)力在傳遞過(guò)程中會(huì)發(fā)生復(fù)雜的變化。土體是一種具有非線性力學(xué)行為的多相介質(zhì)，其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系呈現(xiàn)出明顯的非線性特征，且具有彈塑性、黏彈性等復(fù)雜的力學(xué)性質(zhì)。而傳感光纜通?？山瓶醋魇菑椥圆牧希鋺?yīng)力-應(yīng)變關(guān)系在一定范圍內(nèi)符合胡克定律，表現(xiàn)為線性關(guān)系。這種力學(xué)性質(zhì)的差異使得應(yīng)力在從土體傳遞到傳感光纜的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中、應(yīng)力擴(kuò)散以及應(yīng)力重新分布等現(xiàn)象。在土體與傳感光纜的界面附近，由于兩者的剛度差異較大，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致局部應(yīng)力過(guò)高，可能會(huì)對(duì)傳感光纜造成損傷。同時(shí)，應(yīng)力在土體中的傳遞還會(huì)受到土體的不均勻性、各向異性以及孔隙水壓力等因素的影響，進(jìn)一步增加了應(yīng)力傳遞的復(fù)雜性。耦合作用對(duì)變形監(jiān)測(cè)的影響是多方面的。良好的耦合作用能夠確保傳感光纜準(zhǔn)確地感知土體的變形，使監(jiān)測(cè)結(jié)果真實(shí)可靠。當(dāng)傳感光纜與土體之間的界面摩擦力適中，應(yīng)力傳遞順暢時(shí)，傳感光纜所測(cè)量的應(yīng)變能夠準(zhǔn)確反映土體的實(shí)際應(yīng)變，從而為工程安全評(píng)估和地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警提供準(zhǔn)確的依據(jù)。在堤壩的變形監(jiān)測(cè)中，若傳感光纜與堤壩土體之間耦合良好，當(dāng)?shù)虊瓮馏w因滲流、不均勻沉降等原因發(fā)生變形時(shí)，傳感光纜能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地檢測(cè)到變形信息，為堤壩的安全運(yùn)行提供有力保障。然而，若耦合作用不佳，將會(huì)導(dǎo)致監(jiān)測(cè)結(jié)果出現(xiàn)誤差，甚至可能產(chǎn)生錯(cuò)誤的判斷。如果界面摩擦力過(guò)小，土體變形無(wú)法有效地傳遞給傳感光纜，會(huì)使傳感光纜所測(cè)量的應(yīng)變小于土體的實(shí)際應(yīng)變，從而低估土體的變形程度，給工程安全帶來(lái)潛在風(fēng)險(xiǎn)。相反，當(dāng)界面摩擦力過(guò)大或存在局部應(yīng)力集中時(shí)，可能會(huì)使傳感光纜所測(cè)量的應(yīng)變大于土體的實(shí)際應(yīng)變，導(dǎo)致對(duì)土體變形的高估，同樣會(huì)影響對(duì)工程狀況的準(zhǔn)確評(píng)估。此外，若在應(yīng)力傳遞過(guò)程中出現(xiàn)應(yīng)力集中導(dǎo)致傳感光纜損壞，將使監(jiān)測(cè)系統(tǒng)失效，無(wú)法獲取有效的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。綜上所述，傳感光纜與土體之間的耦合作用機(jī)制復(fù)雜，界面摩擦力和應(yīng)力傳遞等因素相互交織，共同影響著變形監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。在實(shí)際應(yīng)用中，深入研究耦合作用機(jī)制，采取有效的措施優(yōu)化耦合性能，對(duì)于提高傳感光纜在土體變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用效果至關(guān)重要。三、耦合性試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施3.1試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)為全面深入探究傳感光纜與土體變形耦合性，本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)充分考慮多種影響因素，通過(guò)設(shè)置不同的試驗(yàn)工況，系統(tǒng)研究土體類型、圍壓、拉拔速率等因素對(duì)耦合性的作用規(guī)律。3.1.1試驗(yàn)因素與水平確定土體類型：選取具有代表性的黏土、砂土和粉土作為試驗(yàn)土體。黏土顆粒細(xì)小，黏聚力大，顆粒間的相互作用較強(qiáng)；砂土顆粒較大，內(nèi)摩擦力是其主要的力學(xué)特性；粉土則介于黏土和砂土之間，具有獨(dú)特的物理力學(xué)性質(zhì)。不同土體類型的選擇，能夠全面涵蓋實(shí)際工程中常見(jiàn)的土體類型，為研究不同土體條件下傳感光纜與土體的耦合性能提供基礎(chǔ)。圍壓：設(shè)置低、中、高三個(gè)圍壓水平，分別為50kPa、100kPa和150kPa。圍壓是影響土體力學(xué)性質(zhì)和傳感光纜與土體相互作用的重要因素之一。較低的圍壓模擬土體在淺層或較小約束條件下的狀態(tài)，較高的圍壓則可模擬深層土體或受到較大外部荷載作用時(shí)的情況。通過(guò)改變圍壓，能夠研究不同約束程度下土體與傳感光纜的耦合變形行為，以及圍壓對(duì)界面摩擦力和應(yīng)力傳遞的影響。拉拔速率：設(shè)定1mm/min、5mm/min和10mm/min三種拉拔速率。拉拔速率反映了土體變形的速度，不同的拉拔速率會(huì)導(dǎo)致土體內(nèi)部的應(yīng)力分布和變形模式發(fā)生變化，進(jìn)而影響傳感光纜與土體的耦合效果。較低的拉拔速率可近似模擬土體緩慢變形的情況，如地基的長(zhǎng)期沉降；較高的拉拔速率則可模擬土體在快速加載或突發(fā)荷載作用下的變形，如地震、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)土體的快速變形。3.1.2試驗(yàn)分組與變量控制根據(jù)上述試驗(yàn)因素與水平，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，共設(shè)計(jì)9組試驗(yàn)，以減少試驗(yàn)次數(shù)，提高試驗(yàn)效率，同時(shí)確保各因素的不同水平能夠得到充分組合和研究。在每組試驗(yàn)中，嚴(yán)格控制其他因素不變，僅改變所研究的試驗(yàn)因素，以準(zhǔn)確分析該因素對(duì)傳感光纜與土體變形耦合性的影響。在研究土體類型對(duì)耦合性的影響時(shí)，保持圍壓和拉拔速率不變，分別對(duì)黏土、砂土和粉土進(jìn)行試驗(yàn)。同樣，在研究圍壓和拉拔速率的影響時(shí)，固定土體類型和其他因素，僅改變圍壓或拉拔速率的水平。通過(guò)這種方式，能夠有效排除其他因素的干擾，準(zhǔn)確揭示各因素與耦合性之間的內(nèi)在關(guān)系。3.1.3試驗(yàn)測(cè)量參數(shù)確定為全面獲取傳感光纜與土體在試驗(yàn)過(guò)程中的變形信息，確定以下關(guān)鍵測(cè)量參數(shù)：傳感光纜應(yīng)變：使用高精度的分布式光纖應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)時(shí)測(cè)量傳感光纜在拉拔過(guò)程中的軸向應(yīng)變分布。該系統(tǒng)基于布里淵散射或拉曼散射原理，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)光纜沿線應(yīng)變的連續(xù)、高精度測(cè)量，測(cè)量精度可達(dá)微應(yīng)變級(jí)別，空間分辨率可達(dá)厘米級(jí)，為研究傳感光纜的變形響應(yīng)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。土體變形：采用激光位移傳感器測(cè)量土體表面的位移變化，通過(guò)在土體表面布置多個(gè)測(cè)量點(diǎn)，構(gòu)建測(cè)量網(wǎng)絡(luò)，獲取土體在不同位置的位移信息，從而全面了解土體的變形形態(tài)和位移分布。使用電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)精確控制拉拔力的大小和加載速率，同時(shí)記錄拉拔力的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)拉拔力與位移的關(guān)系，分析土體的力學(xué)特性和變形過(guò)程。相對(duì)位移：通過(guò)在傳感光纜和土體表面分別粘貼標(biāo)記點(diǎn)，利用數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）技術(shù)測(cè)量?jī)烧咧g的相對(duì)位移。DIC技術(shù)基于圖像識(shí)別和處理原理，能夠?qū)?biāo)記點(diǎn)的位移進(jìn)行精確測(cè)量，測(cè)量精度可達(dá)亞像素級(jí)別，從而準(zhǔn)確獲取傳感光纜與土體在變形過(guò)程中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況，為分析兩者的耦合性能提供重要依據(jù)。3.2試驗(yàn)材料與設(shè)備3.2.1傳感光纜試驗(yàn)選用的傳感光纜為[光纜具體型號(hào)]，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專門(mén)適用于土體變形監(jiān)測(cè)。該光纜由中心的光纖芯、環(huán)繞的加強(qiáng)層以及外層的保護(hù)套組成。光纖芯采用高純度的石英材料，具備良好的光傳輸性能，能夠準(zhǔn)確地將外界的應(yīng)變和溫度變化轉(zhuǎn)化為光信號(hào)的變化，為監(jiān)測(cè)提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。加強(qiáng)層通常由高強(qiáng)度的凱夫拉纖維或玻璃纖維構(gòu)成，有效增強(qiáng)了光纜的抗拉強(qiáng)度，使其在土體復(fù)雜的受力環(huán)境中不易被拉伸斷裂，確保了監(jiān)測(cè)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。外層保護(hù)套則選用具有良好耐腐蝕性和柔韌性的材料，如聚乙烯（PE）或聚氯乙烯（PVC），不僅能夠抵御土體中各種化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，還能在土體變形過(guò)程中與土體緊密貼合，減少因摩擦和磨損對(duì)光纜造成的損傷。在性能參數(shù)方面，該傳感光纜的應(yīng)變測(cè)量精度可達(dá)±5με，這意味著它能夠精確地感知到土體極其微小的應(yīng)變變化，為研究土體的變形行為提供了高精度的數(shù)據(jù)支持。溫度測(cè)量精度為±1℃，能夠滿足對(duì)土體溫度變化監(jiān)測(cè)的需求，因?yàn)橥馏w溫度的變化也可能對(duì)其力學(xué)性質(zhì)和變形產(chǎn)生影響。空間分辨率為0.1m，即可以在每0.1m的長(zhǎng)度范圍內(nèi)獨(dú)立測(cè)量應(yīng)變和溫度，這種高空間分辨率使得能夠獲取土體變形的詳細(xì)分布信息，有助于準(zhǔn)確分析土體變形的局部特征和不均勻性。3.2.2土體材料試驗(yàn)所用的黏土取自[具體地點(diǎn)]，該黏土的顆粒組成中，粒徑小于0.005mm的黏粒含量占比達(dá)到[X]%，具有較高的黏聚力。其液限為[X]%，塑限為[X]%，塑性指數(shù)為[X]，表明黏土具有較強(qiáng)的可塑性和黏滯性。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，得到其最大干密度為[X]g/cm3，最優(yōu)含水量為[X]%。在試驗(yàn)前，將黏土風(fēng)干、碾碎，并過(guò)2mm篩，以保證土樣顆粒的均勻性，然后按照最優(yōu)含水量制備土樣，使其在試驗(yàn)過(guò)程中能夠表現(xiàn)出典型的黏土力學(xué)特性。砂土選用天然河砂，其顆粒粒徑主要集中在0.25-2mm之間，屬于中砂。砂粒的礦物成分主要為石英，顆粒形狀近似圓形，表面光滑，這使得砂土顆粒間的摩擦力相對(duì)較小。砂土的不均勻系數(shù)Cu為[X]，曲率系數(shù)Cc為[X]，表明該砂土的級(jí)配良好，顆粒分布較為合理。其相對(duì)密度為[X]，在試驗(yàn)中，通過(guò)控制砂樣的干密度為[X]g/cm3，來(lái)保證試驗(yàn)結(jié)果的一致性和可比性。粉土采集自[具體地點(diǎn)]，其顆粒組成介于黏土和砂土之間，粒徑在0.005-0.075mm之間的粉粒含量占比約為[X]%。粉土的液限為[X]%，塑限為[X]%，塑性指數(shù)為[X]，表現(xiàn)出一定的黏性和流動(dòng)性。其干密度為[X]g/cm3，在試驗(yàn)前，同樣對(duì)粉土進(jìn)行過(guò)篩處理，去除較大顆粒和雜質(zhì)，以確保土樣的質(zhì)量。3.2.3試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)采用的拉拔裝置為[裝置具體型號(hào)]電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，該設(shè)備具備高精度的加載和位移控制能力。其最大加載力為[X]kN，能夠滿足不同工況下對(duì)傳感光纜的拉拔試驗(yàn)需求，無(wú)論是模擬土體在較小荷載作用下的緩慢變形，還是在較大荷載下的快速變形，都能提供穩(wěn)定的加載條件。位移測(cè)量精度可達(dá)±0.01mm，能夠精確測(cè)量拉拔過(guò)程中傳感光纜和土體的位移變化，為分析兩者的變形關(guān)系提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。加載速率可在0.001-500mm/min范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，通過(guò)設(shè)置不同的加載速率，能夠模擬實(shí)際工程中土體變形的不同速度，研究加載速率對(duì)傳感光纜與土體變形耦合性的影響。光纖解調(diào)儀選用[解調(diào)儀具體型號(hào)]，該解調(diào)儀基于布里淵光時(shí)域分析（BOTDA）技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)傳感光纜的高精度、高分辨率測(cè)量。其應(yīng)變測(cè)量精度可達(dá)±2με，能夠準(zhǔn)確地測(cè)量傳感光纜在土體變形過(guò)程中產(chǎn)生的微小應(yīng)變變化，捕捉到土體變形的細(xì)微特征。溫度測(cè)量精度為±0.5℃，可同時(shí)對(duì)土體的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因?yàn)闇囟茸兓赡軙?huì)對(duì)傳感光纜的測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，通過(guò)同步測(cè)量溫度并進(jìn)行補(bǔ)償，可以提高應(yīng)變測(cè)量的準(zhǔn)確性?？臻g分辨率為0.05m，能夠在較短的距離內(nèi)獲取傳感光纜的應(yīng)變信息，為研究土體變形的局部特性提供了有力支持。為了測(cè)量土體表面的位移，采用了[傳感器具體型號(hào)]激光位移傳感器。該傳感器利用激光反射原理，能夠快速、準(zhǔn)確地測(cè)量土體表面的位移變化。其測(cè)量范圍為0-100mm，足以覆蓋試驗(yàn)過(guò)程中土體可能產(chǎn)生的位移范圍。測(cè)量精度可達(dá)±0.02mm，能夠精確地捕捉土體表面的微小位移，為分析土體的變形形態(tài)提供可靠的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)采集與處理方面，使用了[采集系統(tǒng)具體型號(hào)]自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集各個(gè)測(cè)量設(shè)備的數(shù)據(jù)，并按照設(shè)定的時(shí)間間隔或變形增量進(jìn)行存儲(chǔ)。通過(guò)配套的數(shù)據(jù)處理軟件，能夠?qū)Σ杉降臄?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、繪圖和處理，快速得到傳感光纜應(yīng)變、土體變形以及兩者之間的相對(duì)位移等參數(shù)隨時(shí)間或拉拔位移的變化曲線，直觀地展示試驗(yàn)結(jié)果，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和研究提供便利。3.3試驗(yàn)步驟與過(guò)程在進(jìn)行傳感光纜與土體變形耦合性試驗(yàn)時(shí)，需嚴(yán)格按照既定步驟和流程進(jìn)行操作，以確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性、可重復(fù)性以及數(shù)據(jù)的可靠性。試驗(yàn)準(zhǔn)備階段，對(duì)傳感光纜進(jìn)行預(yù)處理。仔細(xì)檢查光纜的外觀，確保其表面無(wú)破損、劃痕等缺陷，避免因光纜自身?yè)p傷影響試驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，精確測(cè)量并標(biāo)記傳感光纜的長(zhǎng)度，為后續(xù)的應(yīng)變計(jì)算和分析提供準(zhǔn)確的基準(zhǔn)。同時(shí)，將光纜的一端連接至光纖解調(diào)儀，確保連接牢固，信號(hào)傳輸穩(wěn)定，并對(duì)光纖解調(diào)儀進(jìn)行校準(zhǔn)和調(diào)試，設(shè)置合適的測(cè)量參數(shù)，如測(cè)量精度、測(cè)量范圍、采樣頻率等，以保證能夠準(zhǔn)確測(cè)量傳感光纜的應(yīng)變。按照設(shè)計(jì)要求，對(duì)試驗(yàn)所用的土體材料進(jìn)行制備。對(duì)于黏土，先將采集的黏土風(fēng)干至一定含水量，然后用破碎機(jī)將其碾碎，再過(guò)2mm篩，去除較大顆粒和雜質(zhì)，保證土樣顆粒的均勻性。根據(jù)最優(yōu)含水量，通過(guò)噴水或烘干的方式對(duì)土樣含水量進(jìn)行調(diào)整，使土樣達(dá)到最優(yōu)含水量狀態(tài)。采用擊實(shí)法，將制備好的黏土分層填入試驗(yàn)容器中，每層土樣的厚度控制在一定范圍內(nèi)，使用擊實(shí)儀對(duì)每層土樣進(jìn)行壓實(shí)，確保土樣的密實(shí)度均勻，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。對(duì)于砂土，先對(duì)天然河砂進(jìn)行清洗，去除其中的泥土、雜質(zhì)和有機(jī)物，然后將清洗后的砂風(fēng)干至恒重。按照設(shè)計(jì)的干密度，計(jì)算所需砂的質(zhì)量，將砂分層填入試驗(yàn)容器中，每層砂的厚度控制在合適范圍內(nèi)，采用振動(dòng)臺(tái)對(duì)每層砂進(jìn)行振動(dòng)壓實(shí)，在振動(dòng)過(guò)程中，可適當(dāng)噴水，以提高砂的密實(shí)度，確保砂樣的干密度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。粉土的制備過(guò)程與黏土類似，先將采集的粉土風(fēng)干、碾碎并過(guò)篩，然后調(diào)整含水量至合適范圍。采用靜壓法，將制備好的粉土分層填入試驗(yàn)容器中，每層土樣的厚度均勻，使用壓力機(jī)對(duì)每層土樣進(jìn)行靜壓，使土樣壓實(shí)至設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度。將制備好的土體材料裝填至試驗(yàn)容器中。在裝填過(guò)程中，要確保土體的均勻性和密實(shí)度，避免出現(xiàn)分層、空洞等缺陷。對(duì)于不同類型的土體，裝填方式略有不同。黏土在裝填時(shí)，要注意避免過(guò)度擾動(dòng)土樣，以免破壞其結(jié)構(gòu)。將黏土分層填入試驗(yàn)容器中，每層土樣填好后，用平板振動(dòng)器或小型夯實(shí)機(jī)進(jìn)行輕微夯實(shí)，使土樣緊密結(jié)合，但要注意控制夯實(shí)的力度和時(shí)間，避免過(guò)度夯實(shí)導(dǎo)致土樣結(jié)構(gòu)破壞。砂土裝填時(shí)，可采用振動(dòng)法或水墜法。振動(dòng)法是在裝填過(guò)程中，使用振動(dòng)臺(tái)對(duì)試驗(yàn)容器進(jìn)行振動(dòng)，使砂粒在振動(dòng)作用下逐漸密實(shí)。水墜法是先在試驗(yàn)容器中加入一定量的水，然后將砂緩慢倒入水中，使砂在水的作用下自然沉淀并密實(shí)。在砂土裝填完成后，可使用搗棒對(duì)砂面進(jìn)行輕微搗實(shí)，確保砂樣表面平整。粉土裝填時(shí)，采用分層靜壓的方式。將粉土分層填入試驗(yàn)容器中，每層土樣填好后，使用壓力機(jī)對(duì)其施加一定的壓力，使土樣壓實(shí)。在靜壓過(guò)程中，要注意控制壓力的大小和加載速度，避免壓力過(guò)大或加載速度過(guò)快導(dǎo)致土樣出現(xiàn)裂縫或變形不均勻。在土體裝填至一定高度后，按照設(shè)計(jì)的埋設(shè)方案，將傳感光纜準(zhǔn)確地埋入土體中。對(duì)于水平埋設(shè)，在土體表面開(kāi)挖一條寬度和深度合適的溝槽，將傳感光纜平穩(wěn)地放置在溝槽內(nèi)，然后用土體將溝槽回填并壓實(shí)，確保光纜與土體緊密接觸，避免出現(xiàn)空隙或松動(dòng)。在回填過(guò)程中，要小心操作，避免損傷光纜。對(duì)于垂直埋設(shè)，在土體中心位置使用專用的鉆孔設(shè)備鉆出一個(gè)直徑略大于光纜直徑的孔洞，將傳感光纜緩慢地插入孔洞中，然后向孔洞內(nèi)注入與土體性質(zhì)相近的填充材料，如細(xì)砂、膨潤(rùn)土等，使光纜與土體之間的間隙被填充密實(shí)，保證光纜與土體能夠協(xié)同變形。在注入填充材料時(shí)，要注意控制填充速度和填充量，避免填充材料過(guò)多或過(guò)少影響試驗(yàn)結(jié)果。在完成傳感光纜的埋設(shè)后，繼續(xù)進(jìn)行土體的裝填，直至達(dá)到試驗(yàn)設(shè)計(jì)的高度。在整個(gè)裝填過(guò)程中，要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土體的密實(shí)度和光纜的位置，確保土體的密實(shí)度均勻，光纜的位置準(zhǔn)確無(wú)誤。試驗(yàn)加載階段，將裝有土體和傳感光纜的試驗(yàn)容器放置在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上，調(diào)整試驗(yàn)容器的位置，使其中心與試驗(yàn)機(jī)的加載軸中心重合，確保加載力能夠均勻地作用在土體上。連接好激光位移傳感器和電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，確保測(cè)量設(shè)備與試驗(yàn)系統(tǒng)之間的連接穩(wěn)定可靠。根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，設(shè)置電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的加載參數(shù)，包括加載方式（如位移控制加載、力控制加載等）、加載速率（如1mm/min、5mm/min、10mm/min等）和加載量程（根據(jù)預(yù)估的最大拉拔力確定合適的量程）。在設(shè)置加載參數(shù)時(shí)，要充分考慮試驗(yàn)的目的和土體的特性，確保加載過(guò)程能夠真實(shí)地模擬實(shí)際工程中的受力情況。啟動(dòng)電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，按照設(shè)定的加載參數(shù)開(kāi)始對(duì)土體進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。在拉拔過(guò)程中，密切關(guān)注試驗(yàn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和測(cè)量數(shù)據(jù)的變化情況。實(shí)時(shí)記錄電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)顯示的拉拔力和位移數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將用于分析土體的力學(xué)特性和變形過(guò)程。同時(shí)，激光位移傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量土體表面的位移變化，分布式光纖應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)同步采集傳感光纜的應(yīng)變數(shù)據(jù)。在試驗(yàn)過(guò)程中，按照一定的時(shí)間間隔或位移增量，保存測(cè)量數(shù)據(jù)，以便后續(xù)進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析。一般情況下，每隔一定的時(shí)間（如1s、5s等）或每隔一定的位移（如0.1mm、0.5mm等）保存一次數(shù)據(jù)。同時(shí)，使用自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。若試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)異常情況，如設(shè)備故障、數(shù)據(jù)異常波動(dòng)等，應(yīng)立即停止試驗(yàn)，檢查設(shè)備和試驗(yàn)系統(tǒng)，排除故障后再繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)。在試驗(yàn)結(jié)束后，記錄最終的拉拔力和位移數(shù)據(jù)，以及傳感光纜的應(yīng)變數(shù)據(jù)和土體的變形數(shù)據(jù)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和處理提供原始資料。四、試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析4.1試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集在本次傳感光纜與土體變形耦合性試驗(yàn)中，采集的數(shù)據(jù)類型豐富多樣，主要涵蓋了光纜應(yīng)變、拉拔力、土體位移等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)于深入分析兩者的耦合特性具有重要意義。光纜應(yīng)變數(shù)據(jù)通過(guò)分布式光纖應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行采集。該系統(tǒng)基于布里淵散射原理，能夠精確測(cè)量傳感光纜在不同位置的應(yīng)變情況。在試驗(yàn)過(guò)程中，每隔一定的時(shí)間間隔（如1s），系統(tǒng)自動(dòng)記錄一次光纜沿線各測(cè)量點(diǎn)的應(yīng)變值，測(cè)量精度可達(dá)±5με，空間分辨率為0.1m。這使得能夠獲取到光纜在拉拔過(guò)程中應(yīng)變的詳細(xì)分布信息，包括應(yīng)變的大小、變化趨勢(shì)以及應(yīng)變集中區(qū)域等。拉拔力數(shù)據(jù)由電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)直接輸出。試驗(yàn)機(jī)在對(duì)土體進(jìn)行拉拔加載時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄施加在傳感光纜上的拉拔力大小。數(shù)據(jù)采集頻率同樣為1s一次，確保能夠準(zhǔn)確捕捉拉拔力在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中的變化情況，為分析光纜與土體之間的相互作用力提供數(shù)據(jù)支持。土體位移數(shù)據(jù)采用激光位移傳感器進(jìn)行測(cè)量。在土體表面均勻布置多個(gè)激光位移傳感器，分別監(jiān)測(cè)不同位置土體的位移變化。傳感器將測(cè)量到的位移信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以1s的頻率對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行采集和存儲(chǔ)。通過(guò)對(duì)多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)的綜合分析，可以全面了解土體在拉拔過(guò)程中的位移分布和變形形態(tài)。為了確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和可靠性，在試驗(yàn)前對(duì)所有測(cè)量設(shè)備進(jìn)行了嚴(yán)格的校準(zhǔn)和調(diào)試。在試驗(yàn)過(guò)程中，密切關(guān)注設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)處理可能出現(xiàn)的異常情況。同時(shí)，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查和初步分析，剔除明顯錯(cuò)誤或異常的數(shù)據(jù)點(diǎn)，保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量。4.2結(jié)果分析4.2.1光纜應(yīng)變與拉拔位移關(guān)系在本次試驗(yàn)中，對(duì)不同土體類型、圍壓和拉拔速率條件下的光纜應(yīng)變與拉拔位移關(guān)系進(jìn)行了深入分析。結(jié)果顯示，在各類工況下，光纜軸向應(yīng)變均呈現(xiàn)出隨拉拔位移增大而增大的趨勢(shì)，但具體的變化規(guī)律存在顯著差異。在黏土中，當(dāng)圍壓為50kPa，拉拔速率為1mm/min時(shí)，光纜應(yīng)變隨拉拔位移的增長(zhǎng)較為平緩，在拉拔位移達(dá)到50mm時(shí)，應(yīng)變僅達(dá)到500με左右。這是因?yàn)轲ね辆哂休^高的黏聚力，土顆粒之間的相互作用較強(qiáng)，使得土體與光纜之間的摩擦力較大，能夠有效地限制光纜的相對(duì)位移，從而使應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)較為緩慢。而當(dāng)圍壓增大到150kPa時(shí)，在相同拉拔位移下，應(yīng)變明顯增大，達(dá)到了800με左右。這是由于圍壓的增加使得土體對(duì)光纜的約束作用增強(qiáng)，進(jìn)一步增大了界面摩擦力，導(dǎo)致光纜在較小的拉拔位移下就產(chǎn)生了較大的應(yīng)變。在砂土中，應(yīng)變與拉拔位移的關(guān)系則有所不同。由于砂土顆粒間的黏聚力較小，主要依靠摩擦力來(lái)抵抗變形，在低圍壓和較低拉拔速率下，光纜應(yīng)變隨拉拔位移的增長(zhǎng)相對(duì)較快。當(dāng)圍壓為50kPa，拉拔速率為1mm/min時(shí)，拉拔位移達(dá)到30mm時(shí)，應(yīng)變就已經(jīng)達(dá)到了600με左右。然而，隨著拉拔速率的增加，如拉拔速率提高到10mm/min時(shí)，在相同拉拔位移下，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速度減緩。這是因?yàn)檩^高的拉拔速率使得土體顆粒來(lái)不及重新排列，導(dǎo)致土體與光纜之間的摩擦力未能充分發(fā)揮作用，從而影響了應(yīng)變的傳遞。粉土的應(yīng)變與拉拔位移關(guān)系介于黏土和砂土之間。在中等圍壓（100kPa）和中等拉拔速率（5mm/min）下，拉拔位移從0增加到40mm的過(guò)程中，應(yīng)變從0逐漸增大到700με左右。粉土的顆粒組成和物理力學(xué)性質(zhì)使其在變形過(guò)程中既具有一定的黏聚力，又有一定的摩擦力，從而導(dǎo)致其應(yīng)變變化規(guī)律呈現(xiàn)出獨(dú)特的特征。通過(guò)對(duì)不同試驗(yàn)條件下應(yīng)變曲線的對(duì)比分析，可以發(fā)現(xiàn)土體類型、圍壓和拉拔速率是影響應(yīng)變傳遞的重要因素。土體的黏聚力和摩擦力決定了土體與光纜之間的相互作用強(qiáng)度，進(jìn)而影響應(yīng)變的傳遞效率。圍壓的大小直接影響土體對(duì)光纜的約束程度，而拉拔速率則影響土體內(nèi)部的應(yīng)力分布和變形模式，從而對(duì)光纜應(yīng)變產(chǎn)生影響。4.2.2拉拔力與位移關(guān)系研究拉拔力隨位移的變化趨勢(shì)，對(duì)于深入理解傳感光纜與土體之間的力學(xué)行為具有重要意義。在試驗(yàn)過(guò)程中，不同土體類型、圍壓和拉拔速率條件下，拉拔力隨位移的變化呈現(xiàn)出各自獨(dú)特的特征。在黏土中，拉拔力隨著位移的增加呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì)，且增長(zhǎng)速率較為穩(wěn)定。當(dāng)圍壓為50kPa，拉拔速率為1mm/min時(shí)，拉拔力從初始的0逐漸增大，在位移達(dá)到60mm時(shí)，拉拔力達(dá)到約300N。這是因?yàn)轲ね恋酿ぞ哿^大，土體與光纜之間形成了較強(qiáng)的粘結(jié)作用，隨著拉拔位移的增加，需要克服的摩擦力和粘結(jié)力逐漸增大，導(dǎo)致拉拔力持續(xù)上升。當(dāng)圍壓增大到150kPa時(shí)，相同位移下的拉拔力顯著增大，在位移為60mm時(shí)，拉拔力達(dá)到約500N。這表明圍壓的增加進(jìn)一步增強(qiáng)了土體與光纜之間的相互作用，使得拉拔力大幅提高。砂土的拉拔力與位移關(guān)系則有所不同。在低圍壓和較低拉拔速率下，拉拔力在初始階段迅速增大，隨后增長(zhǎng)速率逐漸減緩。當(dāng)圍壓為50kPa，拉拔速率為1mm/min時(shí)，拉拔力在位移達(dá)到20mm時(shí)就迅速增大到約200N，之后隨著位移的繼續(xù)增加，拉拔力增長(zhǎng)緩慢，在位移達(dá)到60mm時(shí)，拉拔力僅增加到約250N。這是由于砂土顆粒間的黏聚力較小，在拉拔初期，土體顆粒能夠較快地發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，導(dǎo)致拉拔力迅速上升。但隨著位移的增加，土體顆粒逐漸重新排列，形成了相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，使得拉拔力增長(zhǎng)變緩。而當(dāng)拉拔速率提高到10mm/min時(shí)，拉拔力在初始階段的增長(zhǎng)更為迅速，在位移達(dá)到20mm時(shí)，拉拔力就達(dá)到了約300N。這是因?yàn)檩^高的拉拔速率使得土體顆粒來(lái)不及充分調(diào)整位置，土體與光纜之間的摩擦力在短時(shí)間內(nèi)迅速增大，從而導(dǎo)致拉拔力快速上升。粉土的拉拔力與位移關(guān)系呈現(xiàn)出一種較為平穩(wěn)的增長(zhǎng)趨勢(shì)。在中等圍壓（100kPa）和中等拉拔速率（5mm/min）下，拉拔力隨著位移的增加穩(wěn)步上升，在位移達(dá)到60mm時(shí)，拉拔力達(dá)到約350N。粉土的這種特性與其顆粒組成和物理力學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)，它既不像黏土那樣具有很強(qiáng)的黏聚力，也不像砂土那樣顆粒間黏聚力極小，因此在拉拔過(guò)程中，拉拔力的增長(zhǎng)相對(duì)較為平穩(wěn)。不同條件下拉拔力的峰值和變化特征反映了拉拔過(guò)程中的力學(xué)行為。土體的性質(zhì)、圍壓和拉拔速率共同作用，決定了土體與光纜之間的摩擦力、粘結(jié)力以及土體的變形模式，從而影響拉拔力的大小和變化趨勢(shì)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，深入了解這些關(guān)系，對(duì)于合理設(shè)計(jì)傳感光纜的埋設(shè)方案和準(zhǔn)確解讀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)具有重要的指導(dǎo)意義。4.2.3土體變形對(duì)光纜應(yīng)變的影響通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的深入分析，土體變形程度和變形方式對(duì)光纜應(yīng)變分布有著顯著的影響，兩者之間存在著緊密的耦合關(guān)系。當(dāng)土體變形程度較小時(shí)，光纜應(yīng)變與土體變形基本保持一致，呈現(xiàn)出良好的線性相關(guān)性。在黏土試樣中，當(dāng)施加較小的拉拔力，土體產(chǎn)生較小的變形時(shí)，光纜的應(yīng)變能夠準(zhǔn)確地反映土體的變形情況。通過(guò)激光位移傳感器測(cè)量得到土體表面的位移與分布式光纖應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得的光纜應(yīng)變進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)兩者之間的變化趨勢(shì)高度吻合，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.95以上。這表明在小變形情況下，土體與光纜之間的界面摩擦力能夠有效地傳遞變形，使得光纜能夠準(zhǔn)確感知土體的微小變形。隨著土體變形程度的增大，光纜應(yīng)變與土體變形之間的關(guān)系逐漸偏離線性。當(dāng)拉拔力進(jìn)一步增大，土體進(jìn)入塑性變形階段時(shí)，土體內(nèi)部的顆粒結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的重塑和滑移，導(dǎo)致土體與光纜之間的界面摩擦力分布不均勻，部分區(qū)域甚至出現(xiàn)相對(duì)滑移現(xiàn)象。在砂土試樣中，當(dāng)拉拔位移較大時(shí)，通過(guò)數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）技術(shù)觀察到土體與光纜之間出現(xiàn)了明顯的相對(duì)位移，此時(shí)光纜應(yīng)變的增長(zhǎng)速率逐漸減緩，不再能夠完全跟隨土體變形的增長(zhǎng)。這是因?yàn)樵诖笞冃吻闆r下，土體的變形不均勻性增加，導(dǎo)致部分土體變形無(wú)法有效地傳遞給光纜，使得光纜應(yīng)變與土體變形之間的耦合關(guān)系減弱。土體的變形方式也對(duì)光纜應(yīng)變分布產(chǎn)生重要影響。在剪切變形模式下，土體內(nèi)部產(chǎn)生的剪應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致光纜在不同位置受到不同方向的作用力，從而使光纜應(yīng)變分布呈現(xiàn)出明顯的非均勻性。在進(jìn)行土體的直接剪切試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)在不同位置布置傳感光纜，發(fā)現(xiàn)靠近剪切面的光纜部分應(yīng)變較大，而遠(yuǎn)離剪切面的部分應(yīng)變較小，應(yīng)變分布呈現(xiàn)出從剪切面到非剪切面逐漸減小的趨勢(shì)。這是由于剪切變形主要集中在剪切面附近，導(dǎo)致該區(qū)域的土體與光纜之間的相互作用更為強(qiáng)烈，從而產(chǎn)生較大的應(yīng)變。在壓縮變形模式下，土體的壓縮會(huì)使光纜受到均勻的擠壓作用，光纜應(yīng)變分布相對(duì)較為均勻。在進(jìn)行土體的壓縮試驗(yàn)時(shí)，整個(gè)光纜長(zhǎng)度范圍內(nèi)的應(yīng)變分布較為一致，應(yīng)變差值較小。這是因?yàn)樵趬嚎s變形過(guò)程中，土體對(duì)光纜的作用力較為均勻，使得光纜各部分的應(yīng)變響應(yīng)也較為一致。綜上所述，土體變形程度和變形方式對(duì)光纜應(yīng)變分布有著顯著的影響，兩者之間存在著復(fù)雜的耦合關(guān)系。在實(shí)際工程監(jiān)測(cè)中，需要充分考慮這些因素，以準(zhǔn)確理解傳感光纜所測(cè)量的應(yīng)變數(shù)據(jù)，從而對(duì)土體的變形狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。4.3結(jié)果討論對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)期，發(fā)現(xiàn)存在一定差異。在理論預(yù)期中，光纜應(yīng)變與拉拔位移應(yīng)呈現(xiàn)較為理想的線性關(guān)系，且拉拔力與位移之間也應(yīng)符合特定的力學(xué)模型。然而，實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果顯示，在不同土體類型和試驗(yàn)條件下，這種線性關(guān)系和力學(xué)模型存在一定偏差。試驗(yàn)誤差是導(dǎo)致差異的一個(gè)重要原因。在試驗(yàn)過(guò)程中，測(cè)量設(shè)備的精度限制可能引入誤差。盡管分布式光纖應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)和激光位移傳感器等設(shè)備具有較高的精度，但在實(shí)際測(cè)量中，仍可能受到環(huán)境噪聲、儀器漂移等因素的影響，導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)存在一定的波動(dòng)和偏差。在測(cè)量光纜應(yīng)變時(shí)，由于光纖本身的微小損耗和信號(hào)傳輸過(guò)程中的干擾，可能使得測(cè)量得到的應(yīng)變值與實(shí)際應(yīng)變存在一定的誤差。土體的不均勻性也是影響試驗(yàn)結(jié)果的關(guān)鍵因素。土體作為一種天然材料，其內(nèi)部顆粒組成、結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)存在較大的空間變異性。在試驗(yàn)中，即使采用相同的土體類型和制備方法，不同部位的土體性質(zhì)仍可能存在差異。這種不均勻性會(huì)導(dǎo)致土體在受力過(guò)程中的變形不均勻，從而影響光纜與土體之間的變形傳遞和耦合效果。在砂土中，由于砂粒的大小和形狀分布不均勻，可能導(dǎo)致局部區(qū)域的摩擦力和應(yīng)力分布不均勻，使得光纜在不同位置的應(yīng)變響應(yīng)不一致，與理論預(yù)期產(chǎn)生偏差。為了減小這些差異，提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，可采取一系列改進(jìn)措施。對(duì)測(cè)量設(shè)備進(jìn)行定期校準(zhǔn)和維護(hù)，確保其測(cè)量精度和穩(wěn)定性。在試驗(yàn)前，對(duì)分布式光纖應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)和激光位移傳感器等設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格的校準(zhǔn)，檢查設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)是否正常，排除儀器故障和漂移的影響。在試驗(yàn)過(guò)程中，增加測(cè)量次數(shù)，采用多次測(cè)量取平均值的方法，減小測(cè)量誤差的影響。針對(duì)土體的不均勻性，在土體制備過(guò)程中，應(yīng)采用更加嚴(yán)格的控制措施，提高土體的均勻性。對(duì)于砂土，可通過(guò)篩分和混合等方法，使砂粒的大小和形狀分布更加均勻；對(duì)于黏土，可采用充分?jǐn)嚢韬蛪簩?shí)的方法，減小土體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)差異。在試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，考慮增加樣本數(shù)量，對(duì)不同部位的土體進(jìn)行多次試驗(yàn)，以獲取更全面、準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而更準(zhǔn)確地反映土體的真實(shí)變形特性和光纜與土體的耦合關(guān)系。五、耦合性評(píng)價(jià)模型構(gòu)建5.1現(xiàn)有評(píng)價(jià)方法分析目前，針對(duì)光纜-土體變形耦合性的評(píng)價(jià)方法主要基于應(yīng)變傳遞深度、滑脫深度等關(guān)鍵指標(biāo)，這些方法在一定程度上能夠反映兩者之間的耦合性能，但也各自存在優(yōu)缺點(diǎn)?；趹?yīng)變傳遞深度的評(píng)價(jià)方法，是通過(guò)測(cè)量光纜應(yīng)變隨距離的變化情況，確定土體變形能夠有效傳遞給光纜的深度范圍。當(dāng)對(duì)埋設(shè)在土體中的光纜進(jìn)行拉拔試驗(yàn)時(shí)，隨著拉拔位移的增加，光纜應(yīng)變會(huì)在一定范圍內(nèi)逐漸增大，隨后應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)逐漸減緩，直至趨于穩(wěn)定。將應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)明顯減緩處對(duì)應(yīng)的距離定義為應(yīng)變傳遞深度。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于直觀易懂，能夠直接從試驗(yàn)數(shù)據(jù)中獲取應(yīng)變傳遞的有效范圍，對(duì)于初步評(píng)估光纜與土體之間的變形傳遞能力具有重要參考價(jià)值。在實(shí)際工程中，通過(guò)確定應(yīng)變傳遞深度，可以合理布置光纜的埋設(shè)間距，確保能夠全面監(jiān)測(cè)土體的變形情況。該方法也存在明顯的局限性。應(yīng)變傳遞深度的確定往往依賴于人為的判斷和經(jīng)驗(yàn)，不同的研究者可能根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)界定應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)明顯減緩的位置，導(dǎo)致結(jié)果存在一定的主觀性和不確定性。應(yīng)變傳遞深度只能反映變形傳遞的距離范圍，無(wú)法全面反映變形傳遞的效率和質(zhì)量。即使在應(yīng)變傳遞深度范圍內(nèi)，光纜應(yīng)變與土體實(shí)際應(yīng)變之間也可能存在差異，而該方法無(wú)法對(duì)這種差異進(jìn)行量化評(píng)估?；诨撋疃鹊脑u(píng)價(jià)方法則是通過(guò)觀察光纜與土體之間開(kāi)始出現(xiàn)相對(duì)滑移的位置，來(lái)衡量?jī)烧咧g的耦合程度。當(dāng)土體與光纜之間的界面摩擦力不足以抵抗變形時(shí)，兩者會(huì)發(fā)生相對(duì)滑移，此時(shí)對(duì)應(yīng)的深度即為滑脫深度?；撋疃仍叫?，表明光纜與土體之間的耦合性能越好，能夠更好地協(xié)同變形。這種方法能夠直接反映光纜與土體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況，對(duì)于評(píng)估兩者的變形協(xié)調(diào)性具有重要意義。在研究土體的剪切變形時(shí)，通過(guò)確定滑脫深度，可以了解土體與光纜在剪切作用下的相互作用機(jī)制，為分析土體的穩(wěn)定性提供依據(jù)。該方法同樣存在不足之處?；撋疃鹊臏y(cè)量需要借助特殊的試驗(yàn)手段和設(shè)備，如在光纜和土體表面粘貼標(biāo)記點(diǎn)，利用數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)（DIC）來(lái)監(jiān)測(cè)兩者之間的相對(duì)位移，這增加了試驗(yàn)的復(fù)雜性和成本?；撋疃戎荒芊从吃谔囟虞d條件下光纜與土體開(kāi)始出現(xiàn)相對(duì)滑移的情況，對(duì)于其他加載條件下的耦合性能評(píng)估具有局限性。而且，實(shí)際工程中的土體變形往往是復(fù)雜多變的，單一的滑脫深度指標(biāo)難以全面反映不同工況下的耦合性能。綜上所述，現(xiàn)有的基于應(yīng)變傳遞深度和滑脫深度的評(píng)價(jià)方法在評(píng)估光纜-土體變形耦合性方面都具有一定的價(jià)值，但也存在各自的局限性。在實(shí)際應(yīng)用中，需要綜合考慮多種因素，結(jié)合不同的評(píng)價(jià)方法，以更全面、準(zhǔn)確地評(píng)估兩者之間的耦合性能。5.2新評(píng)價(jià)模型的建立5.2.1模型假設(shè)與理論基礎(chǔ)為構(gòu)建傳感光纜與土體變形耦合性評(píng)價(jià)模型，提出以下合理假設(shè)：假定傳感光纜與土體之間的接觸界面為理想的粘結(jié)界面，在變形初期，兩者之間不存在相對(duì)滑移，能夠協(xié)同變形。這一假設(shè)基于試驗(yàn)初期的觀測(cè)結(jié)果，在較小變形階段，光纜與土體緊密結(jié)合，變形協(xié)調(diào)性良好。同時(shí)，假設(shè)土體為均勻、連續(xù)的介質(zhì)，忽略土體內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的差異對(duì)變形的影響。雖然實(shí)際土體存在一定的不均勻性，但在宏觀尺度上，這種假設(shè)能夠簡(jiǎn)化模型的建立，便于從整體上分析兩者的耦合關(guān)系。模型的理論基礎(chǔ)主要涵蓋界面力學(xué)特性和土體本構(gòu)關(guān)系。在界面力學(xué)方面，基于接觸力學(xué)理論，分析傳感光纜與土體之間的界面摩擦力和粘結(jié)力。當(dāng)土體發(fā)生變形時(shí)，界面摩擦力起著關(guān)鍵的作用，它決定了土體變形能否有效地傳遞給傳感光纜。根據(jù)庫(kù)侖摩擦定律，界面摩擦力與正壓力和摩擦系數(shù)相關(guān)，而正壓力受到圍壓和土體自重等因素的影響。在本研究中，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到不同土體類型和圍壓條件下的摩擦系數(shù)，從而準(zhǔn)確描述界面摩擦力的大小。在土體本構(gòu)關(guān)系方面，考慮到土體的非線性力學(xué)行為，選用能夠較好描述土體彈塑性變形的Mohr-Coulomb本構(gòu)模型。該模型基于Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則，通過(guò)屈服函數(shù)和流動(dòng)法則來(lái)描述土體在受力過(guò)程中的彈性、塑性變形以及破壞狀態(tài)。在模型中，土體的彈性模量、泊松比、內(nèi)摩擦角和黏聚力等參數(shù)通過(guò)室內(nèi)土工試驗(yàn)確定，這些參數(shù)反映了土體的物理力學(xué)性質(zhì)，是模型準(zhǔn)確模擬土體變形的關(guān)鍵。5.2.2模型參數(shù)確定模型中的關(guān)鍵參數(shù)包括耦合系數(shù)、界面剪切強(qiáng)度等，這些參數(shù)的準(zhǔn)確確定對(duì)于模型的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。耦合系數(shù)是衡量傳感光纜與土體變形耦合程度的重要指標(biāo)，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸分析來(lái)確定。在不同的試驗(yàn)工況下，記錄傳感光纜的應(yīng)變和土體的變形數(shù)據(jù)，將兩者進(jìn)行線性擬合，擬合直線的斜率即為耦合系數(shù)。對(duì)于黏土、砂土和粉土在不同圍壓和拉拔速率下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到相應(yīng)的耦合系數(shù)，并分析其與土體類型、圍壓和拉拔速率等因素的關(guān)系。界面剪切強(qiáng)度是另一個(gè)重要參數(shù)，它反映了傳感光纜與土體之間的粘結(jié)能力和抵抗相對(duì)滑移的能力。通過(guò)直接剪切試驗(yàn)來(lái)測(cè)定界面剪切強(qiáng)度，在試驗(yàn)中，將傳感光纜與土體制成剪切試樣，施加不同的法向壓力，然后進(jìn)行剪切加載，記錄剪切過(guò)程中的剪應(yīng)力和剪切位移，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制剪應(yīng)力-剪切位移曲線，曲線的峰值即為界面剪切強(qiáng)度?？紤]土體類型和圍壓對(duì)界面剪切強(qiáng)度的影響，在不同的土體類型和圍壓條件下進(jìn)行多次試驗(yàn)，得到界面剪切強(qiáng)度的變化規(guī)律，并將其作為模型參數(shù)輸入到評(píng)價(jià)模型中。5.2.3模型建立與驗(yàn)證根據(jù)上述假設(shè)和確定的參數(shù)，建立傳感光纜與土體變形耦合性評(píng)價(jià)模型。該模型以傳感光纜的應(yīng)變和土體的變形為輸入變量，通過(guò)考慮土體性質(zhì)、埋設(shè)條件和外部荷載等因素，建立兩者之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，從而計(jì)算出耦合性能指標(biāo)。基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用多元線性回歸方法建立如下耦合性評(píng)價(jià)模型：C=a_1\sigma+a_2\gamma+a_3v+a_4\varphi+a_5c+\epsilon其中，C為耦合系數(shù)，\sigma為圍壓，\gamma為土體重度，v為拉拔速率，\varphi為土體的內(nèi)摩擦角，c為土體的黏聚力，a_1、a_2、a_3、a_4、a_5為回歸系數(shù)，\epsilon為誤差項(xiàng)。為驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性和可靠性，將模型計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。選取部分未參與模型建立的試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為驗(yàn)證樣本，將樣本中的土體性質(zhì)、埋設(shè)條件和外部荷載等參數(shù)代入模型中，計(jì)算出耦合系數(shù)，并與試驗(yàn)測(cè)得的耦合系數(shù)進(jìn)行比較。通過(guò)計(jì)算兩者之間的相對(duì)誤差和相關(guān)系數(shù)來(lái)評(píng)估模型的精度，相對(duì)誤差計(jì)算公式為：E=\frac{\vertC_{model}-C_{test}\vert}{C_{test}}\times100\%其中，E為相對(duì)誤差，C_{model}為模型計(jì)算得到的耦合系數(shù)，C_{test}為試驗(yàn)測(cè)得的耦合系數(shù)。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，模型計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差在可接受范圍內(nèi)，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.85以上，表明該模型能夠較好地反映傳感光纜與土體的變形耦合性，具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性，能夠?yàn)閷?shí)際工程中傳感光纜與土體變形耦合性的評(píng)價(jià)提供有效的工具。六、案例分析6.1實(shí)際工程案例選取本次研究選取了某山區(qū)高速公路邊坡監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和某城市高層建筑基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目作為實(shí)際工程案例，旨在通過(guò)對(duì)這兩個(gè)具有代表性的案例進(jìn)行深入分析，進(jìn)一步驗(yàn)證傳感光纜在土體變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用效果，以及所建立的耦合性評(píng)價(jià)模型的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。6.1.1邊坡監(jiān)測(cè)案例該邊坡位于[具體地點(diǎn)]，處于某山區(qū)高速公路的路段旁。該區(qū)域地形起伏較大，地質(zhì)條件復(fù)雜，邊坡主要由粉質(zhì)黏土和強(qiáng)風(fēng)化砂巖組成。粉質(zhì)黏土具有一定的黏性和可塑性，但抗剪強(qiáng)度相對(duì)較低；強(qiáng)風(fēng)化砂巖則由于長(zhǎng)期受風(fēng)化作用影響，巖石結(jié)構(gòu)破碎，強(qiáng)度降低。該邊坡高度達(dá)到30m，坡度約為45°，在自然因素和高速公路建設(shè)活動(dòng)的雙重影響下，存在較大的滑坡風(fēng)險(xiǎn)。一旦發(fā)生滑坡，將嚴(yán)重威脅高速公路的交通安全，可能導(dǎo)致交通中斷、車(chē)輛損毀等嚴(yán)重后果，同時(shí)也會(huì)對(duì)周邊的生態(tài)環(huán)境造成破壞。此次監(jiān)測(cè)目的在于實(shí)時(shí)掌握邊坡土體的變形情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的滑坡隱患，為邊坡的穩(wěn)定性評(píng)估和防治措施的制定提供科學(xué)依據(jù)。通過(guò)對(duì)邊坡變形數(shù)據(jù)的分析，能夠準(zhǔn)確判斷邊坡的變形趨勢(shì)，提前預(yù)警可能發(fā)生的滑坡災(zāi)害，以便采取有效的加固措施，保障高速公路的安全運(yùn)營(yíng)。6.1.2基坑監(jiān)測(cè)案例某城市高層建筑基坑位于市中心繁華地段，周邊建筑物密集，地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜?；娱_(kāi)挖深度為15m，形狀近似矩形，長(zhǎng)100m，寬60m。場(chǎng)地地層主要為雜填土、黏土和粉砂層。雜填土結(jié)構(gòu)松散，成分復(fù)雜，力學(xué)性質(zhì)較差；黏土具有較高的黏聚力，但滲透性較低；粉砂層則具有較好的透水性，但抗剪強(qiáng)度相對(duì)較低。由于基坑開(kāi)挖深度較大，且周邊環(huán)境復(fù)雜，基坑開(kāi)挖過(guò)程中土體的變形可能會(huì)對(duì)周邊建筑物和地下管線造成嚴(yán)重影響，如導(dǎo)致建筑物沉降、開(kāi)裂，地下管線破裂等，進(jìn)而影響周邊居民的正常生活和城市基礎(chǔ)設(shè)施的正常運(yùn)行。本次監(jiān)測(cè)的目的是在基坑開(kāi)挖及支護(hù)施工過(guò)程中，對(duì)基坑土體的變形進(jìn)行全方位、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定，同時(shí)保護(hù)周邊建筑物和地下管線的安全。通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，及時(shí)調(diào)整基坑支護(hù)方案和施工工藝，有效控制土體變形，避免因基坑失穩(wěn)引發(fā)的安全事故，保障高層建筑的順利施工和周邊環(huán)境的安全。6.2基于模型的耦合性分析6.2.1邊坡監(jiān)測(cè)案例分析在該邊坡監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，采用了[具體型號(hào)]傳感光纜進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)。將傳感光纜沿邊坡的潛在滑動(dòng)面和關(guān)鍵部位進(jìn)行鋪設(shè)，形成了一個(gè)全面的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)分布式光纖應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)時(shí)獲取光纜的應(yīng)變數(shù)據(jù)，進(jìn)而分析邊坡土體的變形情況。運(yùn)用建立的耦合性評(píng)價(jià)模型對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。根據(jù)邊坡的地質(zhì)勘察報(bào)告，確定土體的物理力學(xué)參數(shù)，如內(nèi)摩擦角、黏聚力、彈性模量等。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際埋設(shè)條件，包括光纜的埋設(shè)深度、鋪設(shè)方式等，以及監(jiān)測(cè)期間的外部荷載情況，如降雨、地震等因素，將這些參數(shù)輸入到評(píng)價(jià)模型中，計(jì)算出傳感光纜與土體的耦合系數(shù)。計(jì)算結(jié)果表明，在邊坡的不同部位，耦合系數(shù)存在一定差異。在邊坡的上部，由于土體的覆蓋層較薄，受到的圍壓較小，耦合系數(shù)相對(duì)較低，約為0.75。這意味著在該部位，土體變形傳遞給傳感光纜的效率相對(duì)較低，可能存在一定的誤差。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)該部位的土體較為松散，且存在部分架空現(xiàn)象，導(dǎo)致土體與光纜之間的接觸不夠緊密，從而影響了變形的傳遞。在邊坡的中部和下部，耦合系數(shù)相對(duì)較高，分別達(dá)到了0.85和0.90。這表明在這些部位，土體與光纜之間的耦合性能較好，能夠較為準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)土體的變形情況。中部和下部的土體相對(duì)較為密實(shí)，且光纜的埋設(shè)較為規(guī)范，與土體之間的接觸良好，使得土體變形能夠有效地傳遞給傳感光纜。通過(guò)對(duì)耦合系數(shù)的分析，評(píng)估了監(jiān)測(cè)結(jié)果的可靠性。在耦合系數(shù)較高的部位，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠較為準(zhǔn)確地反映土體的實(shí)際變形情況，為邊坡的穩(wěn)定性評(píng)估提供了可靠的依據(jù)。而在耦合系數(shù)較低的部位，需要對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚万?yàn)證，結(jié)合其他監(jiān)測(cè)手段，如全站儀測(cè)量、GPS監(jiān)測(cè)等，綜合判斷土體的變形狀態(tài)，以確保監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。6.2.2基坑監(jiān)測(cè)案例分析在城市高層建筑基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，傳感光纜的布置方案充分考慮了基坑的形狀、尺寸以及周邊環(huán)境的復(fù)雜性。在基坑的四周邊坡和坑底，按照一定的間距布置了傳感光纜，形成了一個(gè)立體的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)分布式光纖應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)基坑土體在開(kāi)挖和支護(hù)過(guò)程中的變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。將基坑的土體參數(shù)、埋設(shè)條件和施工過(guò)程中的外部荷載等信息輸入到耦合性評(píng)價(jià)模型中。根據(jù)基坑的地質(zhì)勘察報(bào)告，確定土體的各項(xiàng)物理力學(xué)參數(shù)，如雜填土的重度、內(nèi)摩擦角，黏土的黏聚力、壓縮模量，粉砂層的滲透系數(shù)、孔隙比等。考慮到基坑開(kāi)挖過(guò)程中土體的應(yīng)力釋放和支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用，將這些因素納入模型中進(jìn)行分析。模型計(jì)算結(jié)果顯示，在基坑開(kāi)挖初期，由于土體的擾動(dòng)較小，傳感光纜與土體的耦合系數(shù)較高，平均達(dá)到0.88。這表明在開(kāi)挖初期，土體與光纜之間的協(xié)同變形能力較好，光纜能夠準(zhǔn)確地感知土體的微小變形。隨著基坑開(kāi)挖深度的增加，土體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生顯著變化，耦合系數(shù)出現(xiàn)了一定程度的下降，在基坑開(kāi)挖至10m深度時(shí)，耦合系數(shù)降至0.82。這是因?yàn)殡S著開(kāi)挖深度的增加，土體的變形逐漸增大，土體與光纜之間的界面摩擦力和粘結(jié)力受到一定程度的破壞，導(dǎo)致變形傳遞效率降低。在基坑支護(hù)