Tarqalgan optik tolali monitoring va tuproqning quruq qisqarishi va yorilishini erta aniqlash texnologiyasi bo'yicha tadqiqotlar

Umumiy koʻrinish

Tuproqda quruq kichrayish yoriqlari paydo bo'lishida ichki deformatsiya maydonining rivojlanish qoidalarini o'zlashtirish tuproqdagi quruq siqilish yoriqlarining hosil bo'lish mexanizmini o'rganishning muhim shartidir. Biroq, an'anaviy monitoring usullari ichki tuproqning deformatsiya xususiyatlarini ololmaydi va tuproqning quruq qisqarishi talablariga javob bera olmaydi. Krekking tadqiqotlariga qo'yiladigan talablar. Tang Chaosheng tadqiqot guruhi tarqatilgan optik tolali sensorli texnologiya (DFOS-OFDR) asosida tuproqni quritish qisqarishi va yorilish jarayonini aniq monitoring qilishning yangi usulini taklif qildi va DFOS-OFDR so'roq asbobi (OSI-S) tuproqni aniq olishi mumkinligini aniqladi. quritish va yorilish jarayoni. Siqilish yoriqlarining rivojlanishi jarayonida deformatsiya maydonining fazoviy va vaqtinchalik evolyutsiya xususiyatlarini aniq joylashtirish va yoriqlar shakllanishini oldindan sezish mumkin.

Sinov jarayoni

Qayta tiklangan loy tuproq havoda quritilgan, maydalangan va 2 mm elakdan o'tkazilgan. Keyin foydalanishga tayyor loyning taxminan 69% (suyuqlik chegarasidan 1,9 marta) maqsadli namlikka erishish uchun tuproq tegishli miqdorda suv bilan aralashtiriladi. Keyin loy tebranish stolida 5 daqiqa tebranib, barcha havo pufakchalarini olib tashlaydi va keyin uzunligi 500 mm, kengligi 50 mm va balandligi 50 mm bo'lgan pleksiglas qolipga birin-ketin quyiladi. Optik kabelni yotqizish birinchi navbatda plexiglass qolipiga 800 g atala (20 mm balandlikda) qo'shish va tekis sirt olish uchun tebranishdir. Deformatsiyali optik kabel atala ustiga qo'yiladi, so'ngra 400 g qolgan atala (balandligi 10 mm) qolipga quyiladi va amalga oshiriladi. Havo pufakchalarini olib tashlash uchun tebranish. Shuni ta'kidlash kerakki, tuproq namunasidagi optik kabelning ikki uchi mahkamlanmagan va tuproq qisqarganda erkin joylashishi mumkin. Optik kuchlanish kabeli DFOS-OFDR demodulyatoriga to'liq ulangan. Sinovda ishlatiladigan monitoring qurilmasining sxematik diagrammasi 1-rasmda ko'rsatilgan. Quritish sinovi xona haroratida amalga oshiriladi 30±1 daraja . Quritish jarayonida tuproq yoriqlarining boshlanishi va rivojlanishini yaxshiroq suratga olish uchun raqamli kamera har 5 daqiqada DFOS-OFDR so'roq asbobi (OSI-S) namunalarini olish bilan bir xil chastotada yuqori aniqlikdagi tasvirlarni olish uchun ishlatilgan.

1-rasm Sinov qurilmasining sxematik diagrammasi

Sinov natijalari

Quritish vaqti bilan deformatsiya egri chizig'ining evolyutsiyasi

a-rasmda deformatsiya egri chizig'ining 0 daqiqadan 5500 daqiqa quritishgacha bo'lgan vaqtinchalik evolyutsiyasi ko'rsatilgan. Quritish davom etar ekan, deformatsiyani taqsimlash egri chizig'i asta-sekin deformatsiyalanmagan holatdan umumiy siqilgan holatga o'zgaradi, ya'ni namuna suv yo'qotilishi tufayli hajmning qisqarish tendentsiyasiga ega va shu bilan ichki kuchlanish optik kabelini siqib chiqaradi. Rasmda ikkita yaqqol siqilish zonasi (A1 va A2) mavjud boʻlib, bu yerda kuchlanish choʻqqilari -250 mē dan -3000 mē (A1) va -500 mē dan -10000 gacha o'zgarib turadi. mé (A2). Namunadagi suvning bug'lanishi tuproq yuzasidan boshlanadi. Bug'lanish jarayoni davom etar ekan, tuproq zarralari orasidagi g'ovaklarda suv-havo menisklari hosil bo'la boshlaydi, bu esa kapillyar so'rilishning kuchayishiga va tortishish kuchlanishining to'planishiga olib keladi. To'plangan kuchlanish kuchlanishi tuproqning kuchlanish kuchidan oshib ketganda, tuproqda siqilish yorilishi sodir bo'ladi. Birinchi yoriq paydo boʻlishi bilan (4930 min.) choʻzilish deformatsiyasi paydo boʻladi va siqilish deformatsiyasi pasayishda davom etadi, yaʼni tuproq yorilib ketgandan soʻng, yoriq kengligining ortishi optik kabelda choʻzilish kuchlanishini oshiradi va mos keladigan choʻzilish deformatsiyasini hosil qiladi.

2-rasm 0 dan 5500 minutgacha quritish jarayonida tuproq yoriqlari morfologiyasining evolyutsiyasi va deformatsiya egri chizig'ining fazoviy-vaqtincha evolyutsiyasi.

B-rasmda ko'rsatilganidek, deformatsiya egri chizig'ida 0.29m, 0.36m, 0.20m va 0.10m da 4 ta deformatsiya cho'qqisi mavjud bo'lib, ular 4 ta yoriqning pozitsiyalariga to'liq mos keladi. 5500 daqiqada 1, 2, 3 va 4 yoriqlarning deformatsiya cho‘qqilari mos ravishda 8457,11 mke, 3552,48 mke, -719,67 mke va -736,39 mkye. Tegishli yoriq kengliklari mos ravishda 6,41 mm, 6,61 mm, 4,45 mm va 4,54 mm. Aniq ko'rinib turibdiki, kengroq yoriqlar odatda kattaroq kuchlanish shtammlariga mos keladi.

Tuproqdagi quruq siqilish yoriqlarini erta aniqlash

Oldingi bo'limda olingan natijalar shuni ko'rsatadiki, DFOS-OFDR texnologiyasi yorilish joyini aniq olishi mumkin. Taklif etilayotgan texnologiya tuproqni quritish siqilish yoriqlarini boshlash joyini erta aniqlashni amalga oshirishi mumkinligini sinab ko'rish uchun to'rtta yoriqning kengligi va ularning quritish vaqti bilan deformatsiya holatidagi o'zgarishlar o'rganildi. Optik kabel orqali olingan deformatsiya holatining evolyutsiyasi nafaqat quruq qisqarish yorilishidan oldin tuproqning qisqarishini, balki tuproq yoriqlari kengayishining butun jarayonini ham aks ettirishi mumkin.

DFOS-OFDR texnologiyasi tuproqni quritish chog'ida kichrayib ketishni oldindan bashorat qila oladimi yoki yo'qligini baholash uchun ushbu tadqiqot uchta parametrni taklif qildi: Tm (tuproqning yorilishi DFOS-OFDR tomonidan aniqlangan vaqt), Tc (yalang'och ko'z bilan kuzatish yoki raqamli tasvir orqali olingan). qayta ishlash texnologiyasi) tuproqning yorilish vaqti) va DTp (oldindan bashorat qilingan vaqt oralig'i, Tm va Tc o'rtasidagi farq sifatida aniqlanadi).

3-rasmda quritish vaqti bilan yorilish kengligi va deformatsiya holatidagi o'zgarishlar ko'rsatilgan. Birinchi yoriq (1-yoriq) 4955 daqiqada paydo bo'ldi va DFOS-OFDR allaqachon 4930 daqiqada yoriqlar boshlanishini aniqlagan edi, bu DFOS-OFDR texnologiyasi tuproqning qurishi qisqarishi yorilishlarini taxminan 25 daqiqa oldin aniqlashi mumkinligini ko'rsatadi. Xuddi shunday, 2-yoriq, 3-yoriq va 4-yorilish uchun mos keladigan DTp qiymatlari mos ravishda 55, 40 va 40 min. DFOS-OFDR demodulyatorining (OSI-S) aniqligi 1 mk e ga yetishi mumkin. Bunday yuqori aniqlik DFOS-OFDR ga tuproq ichidagi har qanday kichik deformatsiyani aniq sezish imkonini beradi, bu esa tuproq yoriqlarini erta aniqlash imkonini beradi. Har bir yoriq uchun DFOS-OFDR texnologiyasi tomonidan bashorat qilingan yoriqlar hosil bo'lish vaqti boshqacha. Buning sababi shundaki, sinovda nisbatan bir xil loy ishlatilgan bo'lsa-da, loy butunlay bir xil bo'lishi mumkin emas, bu esa tuproq ichidagi optik kabellarning taqsimlanishiga ta'sir qiladi. Bu erta tashxis qo'yish muddatiga ta'sir qiladi.

3-rasm Yoriq kengligi va yoriq holatining kuchlanish holati o'rtasidagi bog'liqlik

Eksperimental natijalar

DFOS-OFDR texnologiyasi tuproq yuzasida va ichidagi quruq qisqarish yoriqlarining evolyutsiyasini kuzatish uchun ishlatilishi mumkin. DFOS-OFDR tomonidan olingan deformatsiyani taqsimlash egri chizig'i tuproqning qisqarish xususiyatlarini va yoriqlar paydo bo'lish holatini aniq ko'rsatishi va yoriqlar kengligi va mos keladigan deformatsiya holati o'rtasidagi quritish vaqti bilan bog'liqligini olishi mumkin, bu yoriqlar joylashishini erta aniqlashga yordam beradi. . An'anaviy diskret kuchlanish monitoringi usullari bilan solishtirganda, DFOS-OFDR taqsimlangan, buzilmaydigan, aniq, samarali va yuqori aniqlikdagi tuproqni quritish qisqarishining yorilishi monitoringi va erta aniqlash texnologiyasidir. U tuproq yuzasi va ichki quruq qisqarish yoriqlarini o'rganish uchun ishlatiladi. Ishonchli ma'lumotlarni qo'llab-quvvatlashni ta'minlang.