تحقیق در مورد نظارت بر فیبر نوری توزیع شده و فناوری تشخیص زودهنگام انقباض خشک و ترک خوردگی خاک

بررسی اجمالی

تسلط بر قوانین توسعه میدان کرنش داخلی در طول توسعه ترک های انقباض خشک در خاک یک پیش نیاز مهم برای مطالعه مکانیسم تشکیل ترک های انقباض خشک در خاک است. با این حال، روش‌های پایش مرسوم نمی‌توانند ویژگی‌های تغییر شکل خاک داخلی را به دست آورند و نمی‌توانند الزامات انقباض خشک خاک را برآورده کنند. الزامات مطالعات کراکینگ گروه تحقیقاتی تانگ چاوشنگ روش جدیدی را برای نظارت دقیق بر فرآیند انقباض و ترک خوردگی خشک شدن خاک بر اساس فناوری سنجش فیبر نوری توزیع شده (DFOS-OFDR) پیشنهاد کرد و دریافت که ابزار بازجویی DFOS-OFDR (OSI-S) می تواند خاک را با دقت به دست آورد. فرآیند خشک کردن و ترک خوردگی ویژگی‌های تکامل مکانی و زمانی میدان کرنش در طول توسعه ترک‌های انقباض را می‌توان به طور دقیق قرار داد، و تشکیل ترک‌ها را می‌توان از قبل حس کرد.

فرآیند تست

خاک رس بازیافت شده در هوا خشک شده، آسیاب شده و از الک 2 میلی متری عبور داده شد. سپس خاک با مقدار مناسب آب مخلوط می شود تا رطوبت مورد نظر در حدود 69% (1.9 برابر حد مایع) گل آماده برای استفاده بدست آید. سپس گل را به مدت 5 دقیقه روی میز ارتعاشی می لرزانند تا تمام حباب های هوا از بین برود و سپس در قالب پلکسی گلاس به طول 500 میلی متر، عرض 50 میلی متر و ارتفاع 50 میلی متر یکی پس از دیگری ریخته می شود. سیم کشی کابل نوری به این صورت است که ابتدا 800 گرم دوغاب (ارتفاع 20 میلی متر) به قالب پلکسی گلاس اضافه کنید و برای به دست آوردن یک سطح صاف لرزش دهید. کابل نوری کرنش در بالای دوغاب قرار می گیرد و سپس 400 گرم از دوغاب باقیمانده (ارتفاع 10 میلی متر) در قالب ریخته می شود و انجام می شود. برای از بین بردن حباب های هوا، ویبره کنید. شایان ذکر است که دو سر کابل نوری در نمونه خاک ثابت نیستند و با جمع شدن خاک می توانند آزادانه ته نشین شوند. کابل نوری کرنش به طور کامل به دمدولاتور DFOS-OFDR متصل است. نمودار شماتیک دستگاه نظارتی مورد استفاده در آزمایش در شکل 1 نشان داده شده است. آزمایش خشک کردن در دمای اتاق 1±30 درجه انجام می شود. به منظور ثبت بهتر شروع و ایجاد ترک‌های خاک در طول فرآیند خشک‌کردن، از یک دوربین دیجیتال برای گرفتن تصاویر با وضوح بالا هر 5 دقیقه، با همان فرکانس نمونه‌برداری از ابزار بازجویی DFOS-OFDR (OSI-S) استفاده شد.

شکل 1 نمودار شماتیک دستگاه تست

نتایج آزمون

تکامل منحنی کرنش با زمان خشک شدن

شکل a تکامل زمانی فضایی منحنی کرنش را از 0 دقیقه تا 5500 دقیقه خشک شدن نشان می‌دهد. با ادامه خشک شدن، منحنی توزیع کرنش به تدریج از حالت تغییر شکل نیافته به حالت فشرده کلی تغییر می کند، به این معنی که نمونه به دلیل از دست دادن آب تمایل به کوچک شدن حجم دارد و در نتیجه کابل نوری کرنش داخلی را فشرده می کند. دو ناحیه فشرده‌سازی آشکار (A1 و A2) در شکل وجود دارد که در آن پیک‌های کرنش از -250 تا -3000 با (A1) و -500 با تا -10000 است. με (A2). تبخیر آب در نمونه از سطح خاک شروع می شود. با ادامه فرآیند تبخیر، منافذ بین ذرات خاک شروع به تشکیل منیسک های آب-هوا می کنند که منجر به افزایش مکش مویرگی و تجمع تنش کششی می شود. هنگامی که تنش کششی انباشته شده فراتر از مقاومت کششی خاک افزایش می یابد، ترک خوردگی در خاک رخ می دهد. با پیدایش اولین ترک (4930 دقیقه)، کرنش کششی ظاهر می‌شود و کرنش فشاری همچنان کاهش می‌یابد، به این معنی که وقتی خاک ترک می‌خورد، افزایش عرض ترک باعث افزایش تنش کششی بر روی کابل نوری و ایجاد کرنش کششی مربوطه می‌شود.

شکل 2 تکامل مورفولوژی ترک خاک و تکامل مکانی-زمانی منحنی کرنش در طول فرآیند خشک کردن از 0 تا 5500 دقیقه

همانطور که در شکل ب نشان داده شده است، 4 قله کرنش در منحنی کرنش در 0.29 متر، 0.36 متر، 0}.20 متر و 0.10 متر وجود دارد که کاملاً با موقعیت 4 ترک مطابقت دارد. پیک های کرنش ترک های 1، 2، 3 و 4 در 5500 دقیقه به ترتیب 8457.11 با، 3552.48 با، -719.67 با و -736.39 با هستند. عرض ترک مربوطه به ترتیب 6.41 میلی متر، 6.61 میلی متر، 4.45 میلی متر و 4.54 میلی متر است. به وضوح می توان دید که ترک های گسترده تر معمولاً با کرنش های کششی بزرگتر مطابقت دارند.

تشخیص زودهنگام ترک های انقباض خشک در خاک

نتایج به‌دست‌آمده در بخش قبل نشان می‌دهد که فناوری DFOS-OFDR می‌تواند محل ترک را به‌طور دقیق به دست آورد. به منظور آزمایش اینکه آیا فناوری پیشنهادی می‌تواند تشخیص زودهنگام محل شروع ترک‌های انقباضی خشک شدن خاک را انجام دهد، تغییرات در عرض چهار ترک و حالت‌های کرنش آنها با زمان خشک شدن مورد مطالعه قرار گرفت. تکامل حالت کرنش به دست آمده توسط کابل نوری نه تنها می تواند منعکس کننده انقباض خاک قبل از ترک خوردگی انقباض خشک باشد، بلکه کل فرآیند انبساط ترک خاک را نیز منعکس می کند.

به منظور ارزیابی بیشتر اینکه آیا فناوری DFOS-OFDR می تواند ترک خوردگی خشک شدن خاک را از قبل پیش بینی کند، این مطالعه سه پارامتر را پیشنهاد کرد: Tm (زمانی که ترک خوردگی خاک توسط DFOS-OFDR شناسایی می شود)، Tc (به دست آمده از طریق مشاهده با چشم غیر مسلح یا تصویر دیجیتال). فناوری پردازش) زمان ترک خوردگی خاک) و ΔTp (فاصله زمانی پیش بینی شده، به عنوان تفاوت بین Tm و Tc تعریف شده است).

شکل 3 تغییرات عرض ترک و حالت کرنش را با زمان خشک شدن نشان می دهد. اولین ترک (ترک 1) در 4955 دقیقه ظاهر شد و DFOS-OFDR قبلاً شروع ترک ها را در 4930 دقیقه تشخیص داده بود، که نشان می دهد فناوری DFOS-OFDR می تواند ترک خوردگی خشک شدن خاک را حدود 25 دقیقه قبل تشخیص دهد. به طور مشابه، برای کرک 2، ترک 3 و کرک 4، مقادیر ΔTp مربوطه به ترتیب 55، 40 و 40 دقیقه است. دقت دمدولاتور DFOS-OFDR (OSI-S) می تواند به 1 με برسد. چنین دقت بالایی DFOS-OFDR را قادر می‌سازد تا هرگونه تغییر شکل کوچک در داخل خاک را به دقت حس کند و امکان تشخیص زودهنگام ترک‌های خاک را فراهم می‌کند. برای هر ترک، زمان منجر به تشکیل ترک پیش بینی شده توسط فناوری DFOS-OFDR متفاوت است. زیرا اگرچه در آزمایش از گل نسبتاً یکنواخت استفاده شده است، گل نمی تواند کاملاً یکنواخت باشد که بر توزیع کابل های نوری در داخل خاک تأثیر می گذارد. این بر زمان تشخیص زودهنگام تأثیر می گذارد.

شکل 3 رابطه بین عرض ترک و وضعیت کرنش موقعیت ترک

نتایج تجربی

از فناوری DFOS-OFDR می توان برای نظارت بر تکامل ترک های انقباض خشک در سطح و داخل خاک استفاده کرد. منحنی توزیع کرنش به‌دست‌آمده توسط DFOS-OFDR می‌تواند به دقت ویژگی‌های انقباض خاک و موقعیت‌های شروع ترک را نشان دهد و رابطه بین عرض ترک و حالت کرنش متناظر با زمان خشک شدن را به دست آورد که می‌تواند به تشخیص زودهنگام محل ترک‌ها کمک کند. . در مقایسه با روش‌های سنتی پایش کرنش گسسته، DFOS-OFDR یک فناوری توزیع شده، غیرمخرب، دقیق، کارآمد و با وضوح بالا برای نظارت بر ترک خوردگی خشک کردن خاک و تشخیص زودهنگام است. برای مطالعه ترک های انقباض خشک داخلی و سطحی خاک استفاده می شود. ارائه پشتیبانی از داده های قابل اعتماد