玻璃纤维在混凝土中的分散程度影响玻璃纤维混凝土的力学性能和抗渗性能，本文研究了高分子型超分散剂(B193)、聚醚改性聚合物(S-3101B)和羧甲基纤维素钠(CMC)对玻璃纤维混凝土微观结构、表面状况、抗压强度、劈裂抗拉强度和抗渗性能的影响。结果表明：三种分散剂能改善玻璃纤维混凝土中玻璃纤维的分散性，但是掺入分散剂S-3101B后会使混凝土产生大量孔隙，降低玻璃纤维混凝土的力学性能和抗渗性能；当分散剂B193掺量为0.5%(相对于胶凝材料的质量分数，下同)时，玻璃纤维混凝土试件的抗渗性能最好，渗水高度降低16.6%，当分散剂CMC掺量为0.5%时，渗水高度降低7.1%。最后建立了掺加三种分散剂的玻璃纤维混凝土渗水高度和分散剂掺量之间的关系曲线，可供工程设计参考。

煤矿开采过程中的水灾害往往带来各种巨大损失, 而对矿井渗水的监测一直比较困难。基于光纤微弯损耗原理和光时域反射(OTDR)技术, 提出了一种针对矿井渗水的检测定位方法。结合膨胀土防水毯(GCL)遇水膨胀的特性, 井壁渗水区的GCL膨胀并传导形变至与之紧贴的光纤, 通过光纤微弯损耗原理获取对渗水情况的检测结果, 同时结合OTDR原理, 可对出现弯曲损耗的形变点即渗水点进行定位。实验证明渗水位置与测量结果基本吻合, 该方法具有较好的定位效果。

为了适应矿井、大坝对渗压监测的需要, 提出一种活塞和菱形传压结构相结合的光纤布喇格光栅渗压传感器, 活塞把测试压力传递到菱形传压结构, 菱形传压结构拉动其上下对称连接的弹性钢片, 导致粘贴在弹性钢片上的光纤布喇格光栅中心波长产生变化.利用有限元方法在500 kPa的测试环境中对顶角分别为90°、110°、130°、150°情况下菱形传压结构的应力特性进行分析, 根据仿真参量研制了渗压传感器, 并对该传感器进行了压力标定试验和温度补偿试验.实验结果表明: 传感器对渗压的灵敏度为2.04 nm/MPa, 拟合度为0.997, 重复性为0.9%, 两个测压光栅温度灵敏度分别为0.023 33 nm/℃、0.021 68 nm/℃, 温补光栅为0.009 916 nm/℃.

土石坝在使用过程中由于受荷载的长期效应、材料老化和环境侵蚀等自然因素的影响, 大坝会受到损伤。为了有效地监测土石坝的健康状况和对其发生的结构损伤进行识别以及进一步对土石坝寿命进行预测, 建立完善的土石坝结构监测系统是十分必要的。依据物联网分层思想, 采用全光纤传输技术, 通过以FBG传感器作为检测单元实现对土石坝裂缝、渗压等重要数据的采集、监测和处理, 开发了基于光纤光栅传感网的土石坝监测系统。实际应用表明, 该系统可实时呈现土石坝运行状况的关键参数信息, 为工程除险加固和对大坝整体使用情况的了解起到了辅助作用。

为了监测土石坝内渗流水的情况,提出一种多点光纤 Bragg 光栅传感器 (FBG)结构,采用 InGaAs 光电探测器阵列探测光强的 光纤光栅传感阵列的波长解调方法。根据室内实验结果, 对多点光纤光栅传感系统的可行性和监测数据的可靠性进行分析, 用于坝体温度场监测的光纤光栅传感器波长温度响应灵敏度可达到0.0091 nm/℃。工程中采用电热脉冲方式对传感器 附近小范围的土壤进行加热,使其与水的温度形成一定的温差,实测结果表明可以利用光纤光栅传感器监测温度异常的方 法判断是否发生渗流, 从而实现对坝体内集中渗漏点的定位和自动监测。在系统防雷击、抗干扰性方面, 采用光纤光栅传感监测系统与传统仪器相比具有明显优势。

根据目前大坝、隧道和煤矿等工程领域和模型试验中对渗压检测的特殊要求,设计并实现了一种新型的光纤布拉格光栅(FBG)渗压传感器,采用波纹膜片和对称拉杆机械结构通过改变光纤光栅的轴向应变实现渗压传感。利用有限元软件ANSYS分别对传感器膜片的压力特性和传感器外壳抗压特性进行了仿真设计和性能分析,提高了传感器的可靠性并缩短了设计周期。对该传感器进行了压力标定试验,得出该传感器在0-100 kPa的测量范围内,压力灵敏度达20 nm/MPa,比普通FBG提高了6683倍。迟滞特性和重复性试验表明迟滞为0.85%,且重复性好。

为了实现大坝渗流监测,提出了一种采用光谱成像技术的光纤Bragg光栅传感器和多点传感系统.基于室内实验结果,对监测系统可靠性与监测数据准确度进行和多点传感信号分辨因子分析,结果表明:用于坝体温度场检测的光线光栅传感器波长温度响应灵敏度可达0.009 1 nm/℃;由光源带宽决定的测试系统可实现多个传感器的复用.实践表明:采用光纤光栅传感系统可进行大坝渗流自动监测,特别是在系统防雷击、抗干扰性方面,与传统仪器相比具有明显优势.