一种用于研究大坝渗流场与温度场之间关系的模拟实验方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于研究大坝渗流场与温度场之间关系的模拟实验方法，包括以下步骤：A、筑坝；B、在水槽上游位置处设置蓄水池、加热水箱和调温水箱，并用潜水泵输送热水至水槽中，在渗流演进过程中，适时补充上游缺水以将上游水位维持在60~70cm处；C、光纤连续测温，D、分别降低上游水位至50cm与40cm处，采用与步骤C中相同的测量方式，分别观测120min；E、将测得温度值与渗流量绘图。本发明通过在传统DTS系统中原本直的温感光纤上绕束出多个测温环以解决传统DTS系统对于小尺寸模型坝体测分辨率不够的问题，提高了DTS系统中在小尺寸模型坝体的测温精度。
【专利说明】一种用于研究大坝渗流场与温度场之间关系的模拟实验方 法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于研究大坝渗流场与温度场之间关系的模拟实验方法。
【背景技术】
[0002] 渗漏和管涌是土石坝破坏的主要原因，对坝体内温度的监测是探测和识别渗流和 渗漏的有效手段，1989年Mendez等首先将光纤传感器埋入混凝土结构中进行结构安全检 测以来，各国学者进一步推动了该技术在土木、水利工程中的应用。近年以来，随着大型水 利工程的建设和水利现代化的要求，分布式光纤温度传感技术已成功应用于大体积混凝土 温度、裂缝监测，边坡监测及面板堆石坝面板裂缝监测，分布式光纤温度传感系统可对数 十千米长度上的温度实现空间分辨率为lm甚至0. 5m的长期连续监测，且能准确定位。
[0003] 在检测时，利用光在光纤中传输能产生拉曼散射的原理，分布式光纤测温系 统（DTS)从主机激光注入端向光纤内发射激光，光脉冲引起光纤内分子热振动，产生一 个比光源波长长的光，称为斯托克斯（Stokes)光，和一个比光源波长短的光，称为反斯 托克斯（Anti-Stokes)光，如图1所示。当某点温度发生变化时，光纤中的反斯托克斯 (Anti-Stokes)光光强会发生相应变化，根据Anti-Stokes与Stokes的光强比值就可以求 出该点的温度，如下式，利用这一原理可以实现对光纤沿程温度的分布式测量。
[0004]
【权利要求】
1. 一种用于研究大坝渗流场与温度场之间关系的模拟实验方法，包括以下特征步骤： A、 在用于模拟实际河道的水槽底板上的预设位置处填筑第一层沙土，并将DTS系统中 的温感光纤呈S形蜿蜒敷设在所述第一层沙土上，在所述第一层沙土上覆盖第二层沙土， 再将温感光纤牵引到所述第二层沙土上以同样的S形蜿蜒敷设，依次向上逐层构筑直至模 型坝体筑成，所述模型坝体内的温感光纤在其长度方向上连续绕结成多个依次相连的测温 环，每个测温环内的温感光纤舒展长度为3nTl0m，所述测温环绕制成曲率均大于0且小于
0. ΟδπιπΓ1的多匝，相邻测温环之间的余留温感光纤长度不小于0. 5m，温感光纤的一端连接 到测温主机； B、 在水槽的上游位置处设置蓄水池、加热水箱和调温水箱，所述加热水箱和调温水箱 通过管道相连，通过所述加热水箱将水加热至70°C，并将该70°C的热水与室温下的自来水 倒入调温水箱中拌和到45°C?50°C，用潜水泵输送至水槽中，在渗流演进过程中，适时补充 上游缺水以将上游水位维持在6(T70cm处； C、 光纤连续测温，测量时间为lmin，共持续180mirT360min，同时，每隔lOmin观测一次 测压管水位与坝体渗透流量，其中坝体流量一次观测3个样本，采用定水量300mL并结合时 间的方式； D、 分别降低上游水位至50cm与40cm处，采用与步骤C中相同的测量方式，分别观测 120min ； E、 将测得温度值与渗流量绘图。
2. 根据权利要求1所述用于研究大坝渗流场与温度场之间关系的模拟实验方法，其特 征在于：所述步骤E后还包括第二次对比试验，包括以下步骤： F、 通过调温水箱将水温调配到40°C并输送至水槽，持续作用180min，采用与步骤C中 相同的测量方式，获取坝体温度和流量； G、 利用土工布铺设在坝体上游，迅速抽空上游热水，并快速充入自来水，模拟库水温变 化作用； H、 分别控制上游水位为60cm、5〇Cm与40cm，采用与步骤C中相同的测量方式，分别观测 120min〇
3. 根据权利要求1或2所述用于研究大坝渗流场与温度场之间关系的模拟实验方法， 其特征在于：所述测温环模型试验中选择光纤段长为3m，并采用所述3m中的后1. 5m范围 内的测温平均值近似为测点温度，所述测温环扭叠且捆束成线条流畅的"8"字形，所述"8" 字形任意一处的曲率均小于0. 05mm、
4. 据权利要求1所述用于研究大坝渗流场与温度场之间关系的模拟实验方法，其特征 在于：所述测温环模型试验中选择光纤段长为3m，并采用所述3m中的后1. 5m范围内的测 温平均值近似为测点温度，所述测温环压扁成椭圆形，所述椭圆形在其长轴两端处的曲率 均小于〇· 05mm、
【文档编号】G01N15/08GK104062216SQ201410100260
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】谷艳昌, 王士军, 周春煦, 段祥宝, 王宏, 徐小定, 谢罗峰 申请人:水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院