Recherche sur la surveillance distribuée des fibres optiques et la technologie de détection précoce du retrait à sec et de la fissuration du sol

Aperçu

La maîtrise des règles de développement du champ de déformation interne lors du développement des fissures de retrait sec dans le sol est une condition préalable importante pour étudier le mécanisme de formation des fissures de retrait sec dans le sol. Cependant, les méthodes de surveillance conventionnelles ne peuvent pas obtenir les caractéristiques de déformation du sol interne et ne peuvent pas répondre aux exigences de retrait sec du sol. Exigences pour les études de fissuration. Le groupe de recherche de Tang Chaosheng a proposé une nouvelle méthode de surveillance raffinée du processus de retrait et de fissuration du sol basée sur la technologie de détection par fibre optique distribuée (DFOS-OFDR), et a découvert que l'instrument d'interrogation DFOS-OFDR (OSI-S) peut obtenir avec précision le sol. processus de séchage et de fissuration. Les caractéristiques d'évolution spatiale et temporelle du champ de déformation au cours du développement des fissures de retrait peuvent être positionnées avec précision et la formation de fissures peut être détectée à l'avance.

Processus de test

Le sol argileux récupéré a été séché à l’air, broyé et passé au tamis de 2 mm. Le sol est ensuite mélangé avec une quantité appropriée d'eau pour atteindre une teneur en humidité cible d'environ 69 % (1,9 fois la limite de liquide) de la boue prête à l'emploi. La boue est ensuite vibrée sur une table vibrante pendant 5 minutes pour éliminer toutes les bulles d'air, puis versée dans un moule en plexiglas d'une longueur de 500 mm, d'une largeur de 50 mm et d'une hauteur de 50 mm l'un après l'autre. La pose du câble optique consiste à ajouter d'abord 800 g de pâte (20 mm de hauteur) dans le moule en plexiglas et à vibrer pour obtenir une surface plane. Le câble optique de contrainte est placé au-dessus de la suspension, puis 400 g de la suspension restante (10 mm de hauteur) sont versés dans le moule et exécutés. Vibrez pour éliminer les bulles d’air. Il convient de noter que les deux extrémités du câble optique dans l’échantillon de sol ne sont pas fixées et peuvent se déposer librement à mesure que le sol rétrécit. Le câble optique de contrainte est entièrement connecté au démodulateur DFOS-OFDR. Le diagramme schématique du dispositif de surveillance utilisé dans le test est présenté à la figure 1. Le test de séchage est effectué à température ambiante de 30 ± 1 degrés. Afin de mieux capturer l'initiation et le développement des fissures du sol pendant le processus de séchage, un appareil photo numérique a été utilisé pour capturer des images haute résolution toutes les 5 minutes, avec la même fréquence que l'échantillonnage de l'instrument d'interrogation DFOS-OFDR (OSI-S).

Figure 1 Diagramme schématique du dispositif de test

Résultats de test

Evolution de la courbe de déformation avec le temps de séchage

La figure a montre l'évolution spatio-temporelle de la courbe de déformation de 0 min à 5500 min de séchage. Au fur et à mesure du séchage, la courbe de répartition des contraintes passe progressivement de l'état non déformé à l'état globalement comprimé, ce qui signifie que l'échantillon a tendance à rétrécir en volume en raison de la perte d'eau, comprimant ainsi le câble optique de contrainte interne. Il existe deux régions de compression évidentes (A1 et A2) sur la figure, où les pics de déformation vont de -250 με à -3000 με (A1) et de -500 με à -10000 µε (A2). L'évaporation de l'eau contenue dans l'échantillon commence à la surface du sol. À mesure que le processus d’évaporation se poursuit, les pores entre les particules du sol commencent à former des ménisques eau-air, ce qui entraîne une augmentation de la succion capillaire et une accumulation de contraintes de traction. Lorsque la contrainte de traction accumulée augmente au-delà de la résistance à la traction du sol, des fissures de retrait se produisent dans le sol. Avec l'émergence de la première fissure (4930 min), une déformation de traction apparaît et une déformation de compression continue de diminuer, ce qui signifie qu'une fois le sol fissuré, l'augmentation de la largeur de la fissure augmentera la contrainte de traction sur le câble optique et produira la déformation de traction correspondante.

Figure 2 Evolution de la morphologie des fissures du sol et évolution spatio-temporelle de la courbe de déformation au cours du processus de séchage de 0 à 5500 min

Comme le montre la figure b, il y a 4 pics de déformation sur la courbe de déformation à 0,29 m, 0,36 m, 0,20 m et 0,10 m, ce qui sont tout à fait cohérents avec les positions des 4 fissures. Les pics de déformation des fissures 1, 2, 3 et 4 à 5 500 min sont respectivement de 8 457,11 με, 3 552,48 με, -719,67 με et -736,39 με. Les largeurs de fissures correspondantes sont respectivement de 6,41 mm, 6,61 mm, 4,45 mm et 4,54 mm. On voit clairement que des fissures plus larges correspondent généralement à des déformations de traction plus importantes.

Détection précoce des fissures de retrait sec dans le sol

Les résultats obtenus dans la section précédente montrent que la technologie DFOS-OFDR permet d'obtenir avec précision l'emplacement de la fissure. Afin de tester si la technologie proposée peut effectuer une détection précoce de l'emplacement d'initiation des fissures de retrait de séchage du sol, les changements dans la largeur de quatre fissures et leurs états de déformation avec le temps de séchage ont été étudiés. L'évolution de l'état de déformation obtenu par le câble optique peut non seulement refléter le retrait du sol avant la fissuration par retrait sec, mais également refléter l'ensemble du processus d'expansion des fissures du sol.

Afin d'évaluer plus en détail si la technologie DFOS-OFDR peut prédire à l'avance la fissuration par retrait du séchage du sol, cette étude a proposé trois paramètres : Tm (le moment où la fissuration du sol est détectée par DFOS-OFDR), Tc (obtenu par observation à l'œil nu ou par image numérique). technologie de transformation) temps de fissuration du sol) et ΔTp (intervalle de temps prévu à l'avance, défini comme la différence entre Tm et Tc).

La figure 3 montre les modifications de la largeur des fissures et de l'état de déformation en fonction du temps de séchage. La première fissure (fissure 1) est apparue à 4 955 minutes, et le DFOS-OFDR avait déjà détecté l'initiation des fissures à 4 930 minutes, ce qui indique que la technologie DFOS-OFDR peut détecter les fissures de retrait dues au séchage du sol environ 25 minutes à l'avance. De même, pour la fissure 2, la fissure 3 et la fissure 4, les valeurs ΔTp correspondantes sont respectivement de 55, 40 et 40 min. La précision du démodulateur DFOS-OFDR (OSI-S) peut atteindre 1 με. Une telle précision permet au DFOS-OFDR de détecter avec précision toute petite déformation à l’intérieur du sol, permettant ainsi une détection précoce des fissures du sol. Pour chaque fissure, le délai de formation de fissure prédit par la technologie DFOS-OFDR est différent. En effet, bien que de la boue relativement uniforme ait été utilisée dans le test, la boue ne peut pas être complètement uniforme, ce qui affectera la répartition des câbles optiques à l'intérieur du sol. Cela affecte le délai de détection précoce.

Figure 3 Relation entre la largeur de la fissure et l'état de déformation à la position de la fissure

Résultats expérimentaux

La technologie DFOS-OFDR peut être utilisée pour suivre l’évolution des fissures de retrait sec à la surface et à l’intérieur du sol. La courbe de distribution des déformations obtenue par DFOS-OFDR peut capturer avec précision les caractéristiques de retrait du sol et les positions d'initiation des fissures, et obtenir la relation entre la largeur des fissures et l'état de déformation correspondant avec le temps de séchage, ce qui peut aider à la détection précoce de l'emplacement des fissures. . Par rapport aux méthodes traditionnelles de surveillance des contraintes discrètes, DFOS-OFDR est une technologie distribuée, non destructive, précise, efficace et à haute résolution des fissures de retrait et de séchage du sol et une technologie de détection précoce. Il est utilisé pour étudier la surface du sol et les fissures internes de retrait sec. Fournir un support de données fiable.