發(fā)布時(shí)間：2021-10-16 06:07

　　探索巖石在液氮超低溫環(huán)境（-196℃）下變形和溫度的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法,對(duì)于液氮壓裂及超低溫環(huán)境下的巖石力學(xué)特性研究具有重要意義。巖石在超低溫條件下因其組成成分、孔隙度以及微觀骨架的不同,變形過程具有不同的特征,巖石在超低溫環(huán)境下變形及溫度數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)尚無(wú)成熟的試驗(yàn)方法。本文將光纖光柵應(yīng)變傳感器預(yù)置到巖石試件中,試驗(yàn)過程采用不同種類巖石試件、傳感器不同預(yù)置方式、不同降溫速率等處理方式,實(shí)現(xiàn)巖石試件在超低溫環(huán)境下變形及溫度數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),并對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析。研究表明:在液氮超低溫環(huán)境下,不同種類巖石試件會(huì)出現(xiàn)不同程度的收縮損傷;巖石試件變形具有明顯的時(shí)間階段性和空間局部性特征;巖石試件內(nèi)部溫度變化和試件變形存在固定的時(shí)間差;光纖光柵傳感器能夠完成超低溫環(huán)境下巖石變形及溫度數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)石油大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：56 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

論文技術(shù)路線圖

第2章光纖光柵傳感器對(duì)超低溫巖石變形監(jiān)測(cè)的可行性分析-6-第2章光纖光柵傳感器對(duì)超低溫巖石變形監(jiān)測(cè)的可行性分析重大結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)和診斷一直是社會(huì)各界廣泛重視的課題，其核心是對(duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并能提前預(yù)警。1990年，Mendez[31]等人首先提出把光纖傳感器應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，Bragg[32-33]父子發(fā)現(xiàn)研制出波長(zhǎng)調(diào)制性非線性作用的光纖傳感器，即光纖光柵傳感器。光纖光柵傳感器具有耐低溫、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。1993年，Measures等人[34]在世界首座預(yù)應(yīng)力碳纖高速公路橋上埋入光纖光柵應(yīng)變傳感器，Chan等人[35]利用布拉格光柵測(cè)量了被復(fù)合材料包裹的矩形截面混凝土的應(yīng)變。本文將光纖光柵應(yīng)變傳感器應(yīng)用于液氮超低溫環(huán)境下巖石變形監(jiān)測(cè)，首先需要對(duì)光纖光柵傳感器做出進(jìn)一步介紹。2.1光纖光柵應(yīng)變傳感器2.1.1光纖光柵應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)光纖光柵應(yīng)變傳感器主要由四個(gè)部分構(gòu)成，分別是光纖纖芯、光纖布拉格光柵、光纖包層和光纖保護(hù)層[36]，如圖2.1所示。光纖纖芯的主要成份是二氧化硅，直徑在5~50微米之間，光線可在纖芯內(nèi)部發(fā)生全反射以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性；光纖布拉格光柵也稱柵區(qū)（傳感柵區(qū)），是整根光纖光柵傳感器中的一段（本文采用長(zhǎng)度為10毫米的柵區(qū)），也是光纖光柵傳感器的傳感部分；包層的主要成分也是二氧化硅，直徑為125微米。未加保護(hù)層的光纖稱為裸光纖，本文中試驗(yàn)所用光纖即為裸光纖。圖2.1光纖光柵應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2.1DiagramofFBGstrainsensorstructure

第2章光纖光柵傳感器對(duì)超低溫巖石變形監(jiān)測(cè)的可行性分析-8-圖2.2光纖光柵應(yīng)變傳感器工作原理Fig.2.2TheworkingprincipleoftheFBGstrainsensor光纖光柵應(yīng)變傳感器工作原理就是基于光柵的光波波長(zhǎng)敏感性得到光柵的變形，從而對(duì)外場(chǎng)信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)的得到需要研究的外場(chǎng)信息。2.2超低溫環(huán)境下巖石變形監(jiān)測(cè)可行性上節(jié)介紹了光纖光柵應(yīng)變傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理，光纖光柵應(yīng)變傳感器可以抵抗各種干擾，做到信號(hào)保真，提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)的精度，同時(shí)因其特殊的組成成分，能夠在液氮超低溫環(huán)境下正常工作。2.2.1傳統(tǒng)觀測(cè)手段的不足傳統(tǒng)巖石變形的觀測(cè)手段主要包括電阻應(yīng)變片、CT掃描技術(shù)、核磁共振技術(shù)等手段。電阻應(yīng)變片是基于應(yīng)變效應(yīng)工作，即導(dǎo)體或半導(dǎo)體在外界環(huán)境作用下產(chǎn)生機(jī)械變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化。電阻應(yīng)變片一般是由金屬類材料制成，超低溫環(huán)境下金屬收縮變形，使得應(yīng)變片無(wú)法正常工作并準(zhǔn)確記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。CT掃描技術(shù)和核磁共振技術(shù)需要專業(yè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，這些設(shè)備體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)液氮處理前后的巖石成分測(cè)試分析以及觀察巖石微觀結(jié)構(gòu)，但無(wú)法監(jiān)測(cè)到超低溫環(huán)境下巖石變形的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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