水工结构健康光纤感测理论与技术

《水工结构健康光纤感测理论与技术》是一部聚焦水工混凝土与土石结构服役健康的光纤感测理论与技术方面的专著，总结了作者及其团队十余年的研究成果。《水工结构健康光纤感测理论与技术》共分八章，系统地介绍了结构健康光纤感测的基础知识，水工混凝土结构应变、裂缝、钢筋锈蚀状况光纤感测理论与技术，以及土石堤坝渗流、沉降光纤感测理论与技术及其开展的试验和应用案例。

目录
前言
第1章结构健康光纤感测的基础知识1
1.1光纤的基本结构与特性.1
1.1.1光纤的基本结构与分类1
1.1.2光纤的重要特征参量3
1.1.3光纤的传输特性3
1.1.4光纤的损耗特性5
1.1.5光纤的散射特性5
1.2传感光纤解调与定位原理7
1.2.1传感光纤解调原理7
1.2.2光纤传感定位原理11
1.3光纤感测系统性能评价指标11
1.4水工结构健康光纤感测研究及其应用13
1.4.1应力应变监测14
1.4.2温度监测15
1.4.3裂缝监测16
1.4.4渗流渗漏监测17
1.4.5发展趋势18
第2章水工混凝土结构应变光纤感测理论与技术20
2.1光纤–混凝土复合体应变传递模型20
2.1.1表贴式光纤–混凝土基体应变传递模型20
2.1.2埋入式光纤–混凝土基体应变传递模型23
2.1.3应变传递模型的数值模拟验证.26
2.2水工混凝土结构准分布式光纤应变感测.30
2.2.1光纤光栅应变感测基本原理30
2.2.2传统长标距FBG应变传感器32
2.2.3新型长标距FBG应变传感器33
2.2.4长标距FBG应变传感器灵敏度系数标定35
2.2.5长标距FBG应变传感器感测性能试验37
2.2.6基于长标距FBG的准分布式应变感测试验40
2.***混凝土结构分布式光纤应变感测43
2.3.1基于BOTDA的分布式光纤应变感测43
2.3.2基于PPP-BOTDA的分布式光纤应变感测46
2.3.3混凝土结构分布式光纤应变感测试验48
第3章水工混凝土结构裂缝光纤感测理论与技术56
3.1传感光纤的弯*损耗机制剖析56
3.1.1光纤的损耗类别56
3.1.2光纤弯*时光线传输特性57
3.1.3光纤的微弯损耗机理58
3.1.4光纤的宏弯损耗机理58
3.1.5基于弯*损耗的常规光纤传感器.61
3.1.6弯*半径对光损耗的影响分析.63
3.2基于OTDR的水工混凝土结构裂缝感测68
3.2.1基于OTDR的水工混凝土结构裂缝感测基本原理68
3.2.2基于OTDR的水工混凝土结构裂缝感测用光纤网络布设方式70
3.2.3基于OTDR的张拉式裂缝光纤感测试验74
3.2.4基于OTDR的混合式裂缝光纤感测试验81
3.3基于BOTDA的水工混凝土结构裂缝感测.89
3.3.1基于BOTDA的水工混凝土结构裂缝感测精度影响因素分析89
3.3.2基于BOTDA的水工混凝土结构裂缝感测用光纤网络优化94
3.3.3基于BOTDA的混凝土结构开裂定位试验100
3.3.4基于BOTDA的混凝土结构裂缝开度监测试验103
第4章水工混凝土结构钢筋锈蚀状况光纤感测理论与技术113
4.1水工混凝土结构钢筋锈蚀状况光纤感测基本原理113
4.1.1钢筋锈蚀机理及应变表现113
4.1.2钢筋锈蚀状况光纤传感器结构设计117
4.1.3螺旋缠绕式光纤传感器感测模型118
4.1.4不同结构型式光纤传感器性能对比试验.119
4.2水工混凝土结构钢筋锈蚀状况感测用光纤优选.126
4.2.1螺旋缠绕式光纤传感器初始损耗影响因素理论剖析126
4.2.2螺旋缠绕式光纤传感器初始损耗影响因素试验分析130
4.2.3钢筋锈蚀状况感测用光纤优选137
4.3基于螺旋缠绕式光纤传感器的钢筋锈蚀感测试验138
4.3.1试验目的138
4.3.2钢筋锈蚀加速方法139
4.3.3钢筋混凝土试件制备与试验设备140
4.3.4试验过程141
4.3.5试验结果分析142
4.4实际工程钢筋锈蚀状况光纤感测方案设计研究.147
4.4.1钢筋锈蚀感测光纤布设的基本原则147
4.4.2某水闸闸室结构有限元数值计算分析.148
4.4.3某水闸闸室结构钢筋锈蚀光纤感测方案设计155
第5章土石堤坝渗流光纤感测基本理论与信号解译方法157
5.1土石堤坝渗流分布式光纤感测基本原理157
5.1.1分布式光纤测温的基本原理157
5.1.2土石堤坝温度场与渗流场耦合分析159
5.1.3土石堤坝埋入式光纤传热特性161
5.1.4分布式光纤测渗的常见方式163
5.1.5土石堤坝渗流的光纤监测理论模型164
5.1.6土石堤坝渗流的光纤监测实用模型166
5.2土石堤坝渗流分布式光纤监测模型试验验证169
5.2.1试验平台169
5.2.2试验方案175
5.2.3模型堤防非饱和渗漏感知试验与结果分析177
5.2.4模型堤防饱和无渗流情况下渗漏感知试验与结果分析179
5.2.5模型堤防饱和渗流情况下渗漏感知试验与结果分析180
5.2.6模型堤防饱和–非饱和接触测渗试验与结果分析182
5.3土石堤坝光纤测渗信号解译方法182
5.3.1基于盲源分离的土石堤坝光纤测渗信号解译原理183
5.3.2土石堤坝光纤测渗信号的PCA-ICA解译方法187
5.3.3基于PCA-ICA的土石堤坝光纤测渗信号盲源分离实现过程191
第6章土石堤坝渗流光纤感测效能大比尺测试试验195
6.1土石堤坝渗流光纤感测大比尺测试平台设计与搭建195
6.1.1渗流系统196
6.1.2堤坝模型197
6.1.3测温光纤铺设方案与工艺199
6.2大比尺堤坝模型多种水力条件下光纤测渗试验.203
6.2.1试验工况203
6.2.2自然状态工况试验及结果分析204
6.2.3渗流形成过程工况试验及结果分析208
6.2.4变动水位工况试验及结果分析215
6.2.5不同切向水流流速工况试验及结果分析.222
6.2.6不同降雨模式工况试验及结果分析231
6.3多种水力条件下大比尺堤坝模型光纤测渗信号辨识与解译235
6.3.1变动水位工况下光纤感测信号分析235
6.3.2不同切向水流工况下光纤感测信号分析.237
6.3.3不同降雨模式工况下光纤感测信号分析.239
6.3.4综合分析240
第7章土石堤坝渗流光纤感测工程实用化技术242
7.1土石堤坝分布式测渗光纤部署方式优化242
7.1.1基于物理传热模型的土石堤坝测渗光纤部署方式研究242
7.1.2基于网格理论的土石堤坝测渗光纤系统部署方式研究248
7.2土石堤坝浸润面(线)分布式光纤感测方法261
7.2.1重心Lagrange插值.262
7.2.2土石堤坝浸润线确定的无网格重心插值配点法264
7.2.3算例验证267
7.3土石堤坝渗流分布式光纤感测实际工程案例268
7.3.1某面板堆石坝光纤测渗案例268
7.3.2某堤防工程浸润线光纤监测案例273
第8章土石堤坝沉降光纤感测装置与技术278
8.1光纤沉降感测技术分类与传统实现方法278
8.1.1沉降监测光纤感测技术分类278
8.1.2光纤位移传感器设计模式279
8.1.3光纤沉降感测典型实现方式280
8.2蝴蝶型光纤传感器研制与性能测试283
8.2.1蝴蝶型光纤传感器设计283
8.2.2蝴蝶型光纤传感器性能测试试验284
8.2.3试验结果分析285
8.3不均匀沉降复合光纤监测装置与性能测试287
8.3.1复合光纤监测装置设计287
8.3.2复合光纤监测装置工作原理287
8.3.3复合光纤装置抗弯性能分析288
8.3.4复合光纤监测装置抗弯试验290
8.4土石堤坝不均匀沉降光纤感测模型试验293
参考文献296

《水工结构健康光纤感测理论与技术》是一部聚焦水工混凝土与土石结构服役健康的光纤感测理论与技术方面的专著，总结了作者及其团队十余年的研究成果。《水工结构健康光纤感测理论与技术》共分八章，系统地介绍了结构健康光纤感测的基础知识，水工混凝土结构应变、裂缝、钢筋锈蚀状况光纤感测理论与技术，以及土石堤坝渗流、沉降光纤感测理论与技术及其开展的试验和应用案例。