Ymchwil ar fonitro ffibr optegol dosbarthedig a thechnoleg canfod cynnar o grebachu sych a chracio pridd

Trosolwg

Mae meistroli rheolau datblygu'r maes straen mewnol yn ystod datblygiad craciau crebachu sych yn y pridd yn rhagofyniad pwysig ar gyfer astudio mecanwaith ffurfio craciau crebachu sych yn y pridd. Fodd bynnag, ni all dulliau monitro confensiynol gael nodweddion dadffurfiad y pridd mewnol ac ni allant fodloni gofynion crebachu sych y pridd. Gofynion ar gyfer astudiaethau cracio. Cynigiodd grŵp ymchwil Tang Chaosheng ddull newydd ar gyfer monitro mireinio proses crebachu a chracio sychu pridd yn seiliedig ar dechnoleg synhwyro ffibr optegol dosbarthedig (DFOS-OFDR), a chanfuwyd y gall offeryn holi DFOS-OFDR (OSI-S) gael y pridd yn gywir. broses sychu a chracio. Gellir gosod nodweddion esblygiad gofodol ac amser y maes straen yn ystod datblygiad craciau crebachu yn gywir, a gellir synhwyro ffurfio craciau ymlaen llaw.

Proses brofi

Cafodd y pridd clai a adferwyd ei awyrsychu, ei falu a'i basio trwy ridyll 2mm. Yna caiff y pridd ei gymysgu â swm priodol o ddŵr i gyrraedd targed cynnwys lleithder o tua 69% (1.9 gwaith y terfyn hylif) o'r mwd parod i'w ddefnyddio. Yna caiff y mwd ei ddirgrynu ar fwrdd dirgrynol am 5 munud i gael gwared ar yr holl swigod aer, ac yna ei dywallt i fowld plexiglass gyda hyd o 500mm, lled o 50mm, ac uchder o 50mm un ar ôl y llall. Y straen gosod cebl optegol yw ychwanegu 800g o slyri (20mm o uchder) yn gyntaf i'r mowld plexiglass a dirgrynu i gael wyneb gwastad. Rhoddir y cebl optegol straen ar ben y slyri, ac yna mae 400g o'r slyri sy'n weddill (10mm o uchder) yn cael ei dywallt i'r mowld a'i wneud. Dirgrynu i gael gwared ar swigod aer. Mae'n werth nodi nad yw dau ben y cebl optegol yn y sampl pridd yn sefydlog a gallant setlo'n rhydd wrth i'r pridd grebachu. Mae'r cebl optegol straen wedi'i gysylltu'n llawn â'r demodulator DFOS-OFDR. Dangosir y diagram sgematig o'r ddyfais monitro a ddefnyddir yn y prawf yn Ffigur 1. Cynhelir y prawf sychu ar dymheredd ystafell 30 ± 1 gradd. Er mwyn dal cychwyn a datblygiad craciau pridd yn well yn ystod y broses sychu, defnyddiwyd camera digidol i ddal delweddau cydraniad uchel bob 5 munud, gyda'r un amlder â samplu offeryn holi DFOS-OFDR (OSI-S).

Ffigur 1 Diagram sgematig o ddyfais prawf

Canlyniadau Profion

Esblygiad y gromlin straen gydag amser sychu

Mae Ffigur A yn dangos esblygiad amserol y gromlin straen o 0 munud i 5500 munud o sychu. Wrth i sychu fynd rhagddo, mae cromlin y dosbarthiad straen yn newid yn raddol o'r cyflwr anffurfiedig i'r cyflwr cywasgedig cyffredinol, sy'n golygu bod y sampl yn dueddol o grebachu mewn cyfaint oherwydd colli dŵr, gan wasgu'r cebl optegol straen mewnol. Mae dau ranbarth cywasgu amlwg (A1 ac A2) yn y ffigur, lle mae'r brigau straen yn amrywio o -250 με i -3000 με (A1) a -500 με i -10000 με (A2). Mae anweddiad dŵr yn y sampl yn dechrau o wyneb y pridd. Wrth i'r broses anweddu barhau, mae'r mandyllau rhwng gronynnau pridd yn dechrau ffurfio menisci aer-dŵr, sy'n arwain at gynnydd mewn sugno capilari a straen tynnol yn cronni. Pan fydd y straen tynnol cronedig yn cynyddu y tu hwnt i gryfder tynnol y pridd, bydd cracio crebachu yn digwydd yn y pridd. Gydag ymddangosiad y crac cyntaf (4930 munud), mae straen tynnol yn ymddangos ac mae straen cywasgol yn parhau i ostwng, sy'n golygu, unwaith y bydd y pridd yn cracio, y bydd y cynnydd yn lled y crac yn cynyddu'r straen tynnol ar y cebl optegol ac yn cynhyrchu straen tynnol cyfatebol.

Ffigur 2 Esblygiad morffoleg crac pridd ac esblygiad gofodol-amserol y gromlin straen yn ystod y broses sychu o 0 i 5500 min

Fel y dangosir yn Ffigur b, mae 4 brig straen ar y gromlin straen ar 0.29m, 0.36m, 0.20m a 0.10m, sy'n yn gwbl gyson â safleoedd y 4 crac. Uchafbwynt straen craciau 1, 2, 3 a 4 ar 5500 munud yw 8457.11 με, 3552.48 με, -719.67 με a -736.39 με yn y drefn honno. Y lled crac cyfatebol yw 6.41 mm, 6.61 mm, 4.45 mm a 4.54 mm yn y drefn honno. Gellir gweld yn glir bod craciau ehangach fel arfer yn cyfateb i straen tynnol mwy.

Darganfod craciau crebachu sych yn y pridd yn gynnar

Mae'r canlyniadau a gafwyd yn yr adran flaenorol yn dangos y gall technoleg DFOS-OFDR gael lleoliad y crac yn gywir. Er mwyn profi a all y dechnoleg arfaethedig berfformio canfod lleoliad cychwyn craciau crebachu sychu pridd yn gynnar, astudiwyd y newidiadau yn lled pedwar craciau a'u cyflyrau straen gydag amser sychu. Gall esblygiad y cyflwr straen a geir gan y cebl optegol nid yn unig adlewyrchu'r crebachu pridd cyn cracio crebachu sych, ond hefyd adlewyrchu'r broses gyfan o ehangu crac pridd.

Er mwyn gwerthuso ymhellach a all technoleg DFOS-OFDR ragweld cracio crebachu sychu pridd ymlaen llaw, cynigiodd yr astudiaeth hon dri pharamedr: Tm (yr amser pan ganfyddir cracio pridd gan DFOS-OFDR), Tc (a geir trwy arsylwi llygad noeth neu ddelwedd ddigidol technoleg prosesu) amser cracio pridd) a ΔTp (cyfwng amser a ragwelir ymlaen llaw, a ddiffinnir fel y gwahaniaeth rhwng Tm a Tc).

Mae Ffigur 3 yn dangos y newidiadau mewn lled crac a chyflwr straen gydag amser sychu. Ymddangosodd y crac cyntaf (Crac 1) ar 4955 munud, ac roedd DFOS-OFDR eisoes wedi canfod cychwyn craciau ar 4930 munud, gan nodi y gall technoleg DFOS-OFDR ganfod cracio crebachu sychu pridd tua 25 munud ymlaen llaw. Yn yr un modd, ar gyfer crac 2, crac 3 a chrac 4, y gwerthoedd ΔTp cyfatebol yw 55, 40 a 40 min yn y drefn honno. Gall cywirdeb demodulator DFOS-OFDR (OSI-S) gyrraedd 1 με. Mae cywirdeb mor uchel yn galluogi DFOS-OFDR i synhwyro unrhyw anffurfiad bach y tu mewn i'r pridd yn gywir, gan ganiatáu canfod craciau pridd yn gynnar. Ar gyfer pob crac, mae amser arweiniol ffurfio crac a ragwelir gan dechnoleg DFOS-OFDR yn wahanol. Mae hyn oherwydd er y defnyddiwyd mwd cymharol unffurf yn y prawf, ni all y mwd fod yn gwbl unffurf, a fydd yn effeithio ar ddosbarthiad ceblau optegol y tu mewn i'r pridd. Mae hyn yn effeithio ar yr amser arweiniol o ganfod yn gynnar.

Ffigur 3 Y berthynas rhwng lled crac a chyflwr straen sefyllfa crac

Canlyniadau arbrofol

Gellir defnyddio technoleg DFOS-OFDR i fonitro esblygiad craciau crebachu sych ar wyneb y pridd a'r tu mewn. Gall y gromlin dosbarthiad straen a geir gan DFOS-OFDR ddal yn gywir nodweddion crebachu pridd a safleoedd cychwyn craciau, a chael y berthynas rhwng lled y crac a'r cyflwr straen cyfatebol ag amser sychu, a all helpu i ganfod lleoliad craciau yn gynnar. . O'i gymharu â dulliau monitro straen arwahanol traddodiadol, mae DFOS-OFDR yn dechnoleg monitro cracio crebachu sychu pridd gwasgaredig, nad yw'n ddinistriol, cywir, effeithlon a chydraniad uchel, a thechnoleg canfod cynnar. Fe'i defnyddir i astudio wyneb pridd a chraciau crebachu sych mewnol. Darparu cymorth data dibynadwy.