Hajutatud optiliste kiudude seire ja pinnase kuiva kokkutõmbumise ja pragunemise varajase avastamise tehnoloogia uurimine

Ülevaade

Pinnase kuivkahanemispragude väljatöötamise käigus sisemise deformatsioonivälja arengureeglite valdamine on oluline eeldus pinnase kuivkahanemispragude tekkemehhanismi uurimisel. Tavalised seiremeetodid ei suuda aga saavutada sisepinnase deformatsiooniomadusi ega vasta pinnase kuivkahanemise nõuetele. Nõuded pragunemise uuringutele. Tang Chaoshengi uurimisrühm pakkus välja uue meetodi pinnase kuivamise kokkutõmbumise ja pragunemise protsessi täpsemaks jälgimiseks, mis põhineb hajutatud optilise kiudude tuvastamise tehnoloogial (DFOS-OFDR) ja leidis, et DFOS-OFDR ülekuulamisseade (OSI-S) suudab pinnase täpselt saada. kuivatamise ja pragunemise protsess. Kokkutõmbumispragude tekke ajal on deformatsioonivälja ruumilised ja ajalised evolutsioonikarakteristikud täpselt positsioneeritavad ning pragude teket saab ette aimata.

Testimisprotsess

Taaskasutatud savimuld kuivatati õhu käes, jahvatati ja lasti läbi 2 mm sõela. Seejärel segatakse pinnas sobiva koguse veega, et saavutada kasutusvalmis muda niiskusesisaldus, mis on umbes 69% (1,9 korda suurem kui vedeliku piirmäär). Seejärel vibreeritakse muda vibreerival laual 5 minutit, et eemaldada kõik õhumullid, ja valatakse seejärel üksteise järel pleksiklaasist vormi pikkusega 500 mm, laiusega 50 mm ja kõrgusega 50 mm. Pingutus-optilise kaabli paigaldamisel tuleb esmalt lisada pleksiklaasist vormi 800 g (20 mm kõrgune) segu ja vibreerida, et saada tasane pind. Pingutuse optiline kaabel asetatakse lobri peale, seejärel valatakse 400 g järelejäänud lägast (kõrgus 10 mm) vormi ja viiakse läbi. Vibreerige õhumullide eemaldamiseks. Tasub teada, et pinnaseproovis oleva optilise kaabli kaks otsa ei ole fikseeritud ja võivad pinnase kahanemisel vabalt settida. Pingutuse optiline kaabel on täielikult ühendatud DFOS-OFDR demodulaatoriga. Katses kasutatud seireseadme skemaatiline diagramm on näidatud joonisel 1. Kuivatuskatse viiakse läbi toatemperatuuril 30±1 kraadi. Et paremini jäädvustada pinnase pragude tekkimist ja arengut kuivatusprotsessi ajal, kasutati digikaamerat kõrglahutusega kujutiste jäädvustamiseks iga 5 minuti järel sama sagedusega kui DFOS-OFDR küsitlusinstrumendi (OSI-S) proovide võtmine.

Joonis 1 Katseseadme skemaatiline diagramm

Testi tulemused

Deformatsioonikõvera kujunemine kuivamisajaga

Joonisel a on näidatud deformatsioonikõvera ruumiline ajaline areng 0 minutist kuni 5500 minutini kuivatamisel. Kuivatamise edenedes muutub deformatsioonijaotuse kõver järk-järgult deformeerimata olekust üldisesse kokkusurutud olekusse, mis tähendab, et proovil on kalduvus veekao tõttu mahult kahaneda, pigistades seeläbi sisemist deformatsiooni optilist kaablit. Joonisel on kaks ilmset kokkusurumispiirkonda (A1 ja A2), kus deformatsioonipiigid on vahemikus -250 με kuni -3000 με (A1) ja -500 με kuni -10000 με (A2). Vee aurustumine proovis algab mullapinnast. Aurumisprotsessi jätkudes hakkavad pinnaseosakeste vahele jäävates poorides moodustuma vesi-õhk meniskid, mis toob kaasa kapillaaride imemise suurenemise ja tõmbepinge kuhjumise. Kui kogunenud tõmbepinge tõuseb üle pinnase tõmbetugevuse, tekib pinnases kokkutõmbumispragu. Esimese prao tekkimisega (4930 min) ilmneb tõmbepinge ja survepinge väheneb jätkuvalt, mis tähendab, et kui pinnas praguneb, suurendab pragude laiuse suurenemine optilise kaabli tõmbepinget ja tekitab vastava tõmbepinge.

Joonis 2 Pinnase pragude morfoloogia ja deformatsioonikõvera ruumilis-ajaline areng kuivamisprotsessi ajal vahemikus 0 kuni 5500 min

Nagu on näidatud joonisel b, on deformatsioonikõveral neli deformatsioonipiiki 0,29 m, 0,36 m, 0,20 m ja 0,10 m juures, mis on täielikult kooskõlas 4 pragu positsioonidega. Pragude 1, 2, 3 ja 4 deformatsioonipiigid 5500 minuti juures on vastavalt 8457,11 με, 3552,48 με, -719,67 με ja -736,39 με. Vastavad pragude laiused on vastavalt 6,41 mm, 6,61 mm, 4,45 mm ja 4,54 mm. On selgelt näha, et laiemad praod vastavad tavaliselt suurematele tõmbepingetele.

Kuivade kokkutõmbumispragude varajane avastamine pinnases

Eelmises osas saadud tulemused näitavad, et DFOS-OFDR tehnoloogia abil saab täpselt määrata prao asukoha. Testimaks, kas kavandatava tehnoloogiaga on võimalik teostada pinnase kuivamise kokkutõmbumispragude tekkekoha varajast tuvastamist, uuriti nelja prao laiuse muutusi ja nende deformatsiooniseisundeid koos kuivamisajaga. Optilise kaabli abil saadud deformatsiooniseisundi areng ei saa kajastada mitte ainult pinnase kokkutõmbumist enne kuivkahanemise pragunemist, vaid kajastada ka kogu pinnase pragude laienemise protsessi.

Et täiendavalt hinnata, kas DFOS-OFDR tehnoloogia suudab ette ennustada pinnase kuivamise kokkutõmbumise tõttu tekkivaid pragusid, pakuti selles uuringus välja kolm parameetrit: Tm (aeg, mil DFOS-OFDR tuvastab pinnase pragunemise), Tc (saadud palja silmaga vaatluse või digitaalse pildi abil). töötlemistehnoloogia) pinnase pragunemise aeg) ja ΔTp (eelnevalt prognoositud ajavahemik, mis on määratletud kui Tm ja Tc erinevus).

Joonisel 3 on näidatud pragude laiuse ja deformatsiooniseisundi muutused koos kuivamisajaga. Esimene pragu (Crack 1) tekkis 4955 minutil ja DFOS-OFDR tuvastas pragude tekkimise juba 4930 minuti pärast, mis näitab, et DFOS-OFDR tehnoloogia suudab tuvastada pinnase kuivamise kokkutõmbumise pragunemise umbes 25 minutit ette. Samamoodi on pragude 2, 3 ja 4 vastavad ΔTp väärtused vastavalt 55, 40 ja 40 min. DFOS-OFDR demodulaatori (OSI-S) täpsus võib ulatuda 1 με-ni. Selline kõrge täpsus võimaldab DFOS-OFDR-il täpselt tuvastada kõik väikesed deformatsioonid pinnases, võimaldades varakult avastada pinnase pragusid. Iga prao puhul on DFOS-OFDR tehnoloogiaga ennustatud pragude tekkimise aeg erinev. Seda seetõttu, et kuigi testis kasutati suhteliselt ühtlast muda, ei saa muda olla täiesti ühtlane, mis mõjutab optiliste kaablite jaotumist pinnases. See mõjutab varajase avastamise aega.

Joonis 3 Seos prao laiuse ja prao asukoha pingeseisundi vahel

Eksperimentaalsed tulemused

DFOS-OFDR tehnoloogia abil saab jälgida kuivade kokkutõmbumispragude tekkimist mulla pinnal ja sees. DFOS-OFDR abil saadud deformatsioonijaotuse kõver suudab täpselt fikseerida pinnase kokkutõmbumisnäitajad ja pragude tekkepositsioonid ning saada seose prao laiuse ja vastava deformatsiooni oleku vahel kuivamisajaga, mis võib aidata pragude asukoha varakult tuvastada. . Võrreldes traditsiooniliste diskreetsete deformatsiooniseire meetoditega on DFOS-OFDR hajutatud, mittepurustav, täpne, tõhus ja kõrge eraldusvõimega pinnase kuivamise kokkutõmbumise pragunemise jälgimise ja varajase avastamise tehnoloogia. Seda kasutatakse pinnase pinna ja sisemiste kuivkahanemispragude uurimiseks. Pakkuge usaldusväärset andmetuge.