基于廉价压电薄膜传感器和机电阻抗技术的土岩界面层间滑移监测试验研究
编号:3768 访问权限:私有 更新:2023-05-05 10:01:53 浏览:182次 口头报告

报告开始:2023年05月06日 13:36(Asia/Shanghai)

报告时间:8min

所在会场:[3A] 3A、地质灾害与工程地质 [3A-1] 3A-1 地质灾害与工程地质

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摘要
边坡失稳,尤其是土质边坡失稳,是山区常见的问题之一,其造成的崩塌滑坡等地质灾害对坡体下人民的生命财产安全构成巨大威胁。有效的边坡监测技术可以提供有关坡体实时变形的详细信息和前兆,这对于向公众提供预警具有重要意义。本研究发明了一种基于机电阻抗技术(electromechanical impedance,EMI)的新型滑坡智能探测杆件(deep slide monitoring bar,DSMB)。主要目的是研究EMI技术在滑坡深部沿土岩界面顺层滑移监测中的应用。在这项研究中,首先在实验室中制作了一个嵌入有DSMB的小型土质滑坡试件。为验证低成本压电薄膜(即蜂鸣器)的适用性,将四个传统的锆钛酸铅(PZT)贴片和四个蜂鸣器贴片分别粘合在智能探测杆件的前表面和后表面的特定位置。因此,一个智能探测杆件一共由2类、8片压电陶瓷传感器组成。然后,对滑坡试件施加水平推力以启动上覆土体沿下伏基岩的层间滑移过程。试验一共设置了6种工况,分别是:失稳滑动前、滑动10mm、滑动20mm、滑动30mm、滑动40mm、滑动50mm。通过精密阻抗分析仪分别测量这些传感器在上述特定工况下的导纳信号。为减少误差和增加可信度,实验在相同条件下重复实施了3次。得出的结论是,传统的PZT贴片和蜂鸣器对滑坡深部沿土岩界面顺层滑移监测具有相似的敏感性。定性分析表明:对PZT,可以清楚地看到峰值频率随着滑动位移增加而依次递减,而其峰值在整个滑动过程中则逐渐增加。对于压电薄膜,其峰值频率和幅值的变化趋势完全相反。由上述定性分析可知,基于智能探测杆上的分布式压电传感器,尤其是靠近滑移面的传感器电导谱的变化趋势,可以定性地监测到滑坡体深部土岩界面滑移的发生和发展过程,也可以通过分析不同部位传感器的电导信号来判定滑坡体发生滑动的位置。另外,可以通过均方根偏差(root mean square deviation,RMSD)和相关系数偏差(correlation coefficient deviation,CCD)两个指标来识别滑坡的失稳滑移过程,上述压电传感器的RMSD和CCD曲线均表现出了不同程度的递增趋势。通过对比试验可知,与PZT片相比,压电薄膜更廉价且更易于获得,这使其对包括滑坡滑移监测在内的土木工程智能监测具有强大的吸引力。因此,本研究选用的压电薄膜片是一种优越的、可替代传统PZT片的且易于进行滑坡深部滑移监测的新型智能传感器。本研究所提出的智能探测杆件可能为实际土质滑坡体深部滑移监测提供有价值的参考。
关键词
压电陶瓷,机电阻抗,智能监测,结构健康监测,压电主动传感
报告人
吴建超
高级工程师 湖北省地震局

吴建超,1985年7月生,中共党员,理学博士,高级工程师,硕士研究生导师,2022年入选中国地震局“青年人才”。本科毕业于中国地质大学(武汉)地质学基地班,硕士毕业于中国地震局地震研究所防灾减灾工程及防护工程专业,博士毕业于中国地震局地球物理研究所固体地球物理学专业。2010年7月至今,在湖北省地震局(中国地震局地震研究所)地震工程研究院工作。受国家留学基金委员会和中国地震局联合资助,作为国家公派访问学者,于2016至2017年在美国休斯顿大学智能材料与结构实验室留学研修(合作导师:Gangbing Song教授)。

长期从事地震安全性评价与地震灾害风险普查、地震应急和震害损失评估等方面的研发与应用工作。牵头完成了各类重特大工程项目500余项,涉及领域主要有地震安全性评价、地震小区划、活动断层探测、地震灾害风险普查、地质灾害危险性评估等。科研领域主要包括:基于压电智能材料的结构健康监测、震后灾情快速调查与指挥调度、地震危险性与地震灾害风险评估等。

稿件作者
吴建超 湖北省地震局
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重要日期
  • 会议日期

    05月05日

    2023

    05月08日

    2023

  • 03月31日 2023

    初稿截稿日期

  • 05月25日 2023

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