工程地質學施斌
㈠ 施斌的研究方向
· 工程地質學，環境岩土工程
· 高速公路路基處理，滑坡整治
· 土體結內構系統研究
· 大型基礎工容程分布式光纖安全監控與監測系統開發
· 岩土工程數值模擬和土工計算
· GIS和GPS應用，資料庫和管理軟體開發，系統集成
㈡ 地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室（成都理工大學）的組織機構
序號 姓名 性別 職稱 學位委員
會職務 研究方向
或專業 單位 1 王思敬 男 院士 主任 工程地質 清華大學 2 殷躍平 男 研究員 副主任 環境地質 中國地質調查局 3 宋振騏 男 院士 副主任 礦山壓力 山東科技大學、大連大學 4 聶德新 男 教授 副主任 工程地質 成都理工大學 5 Niek Rangers 男 教授 委員 工程地質岩石力學 荷蘭國際地學研究中心(ITC) 6 李焯芬 男 院士 委員 岩土力學 香港大學 7 盧耀如 男 院士 委員 地質學 同濟大學 8 黃鼎成 男 研究員 委員 工程地質 中科院地質與地球物理研究所 9 彭建兵 男 教授 委員 工程地質 長安大學 10 陳劍平 男 研究員 委員 工程地質 吉林大學 11 施斌 男 教授 委員 工程地質 南京大學 12 崔鵬 男 院士 委員 自然地理 中國科學院成都山地環境與災害研究所 13 黃潤秋 男 教授 委員 工程地質 成都理工大學
實驗室主任：黃潤秋教授
實驗室常務副主任：李天斌教授
實驗室副主任：許強教授、唐川教授
㈢ 王寶軍的代表性文章、論著
[1] Wang Baojun, Shi Bin, Hilary I. Inyang. 2008. GIS-Based Quantitative Analysis of Orientation Anisotropy of Contaminant Barrier Particles Using Standard Deviational Ellipse，Soil and Sediment Contamination, 2008, 17(4) : 437-447.【SCI】【EI】
[2] Bao-jun Wang, Ke Li, Bin Shi, Guang-qin Wei. 2008. Test on application of distributed fiber optic sensing technique into soil slope monitoring，Landslides，DOI 10.1007/s10346-008-0139-y.【SCI】
[3] 王寶軍, 施斌, 宋震. 2008. 基於GIS與虛擬現實的三維地質建模，岩石力學與工程學報, 增2(27):3553-3563.(Method of 3D Geological Model Based on GIS and VRML, Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2008, supp.2(27):3553-3563)【EI】
[4] 王寶軍, 施斌, 蔡奕, 唐朝生.2008. 基於GIS的黏性土SEM圖像三維可視化與孔隙度計算, 岩土力學, 29(1):251-255. (3D visualization and porosity computation of clay soil SEM image by GIS，Rock and Soil Mechanics, 2008, 29(1): 251-255)【EI】
[5] C.S Tang, B. Shi, C. Liu, L.Z. Zhao, B.J. Wang. 2008. Influencing factors of geometrical structure of surface shrinkage cracks in clayey soils，Engineering Geology, 2008, 101(3-4):204-217.【SCI】【EI】
[6] 劉春, 王寶軍, 施斌, 唐朝生.2008. 基於數字圖像識別的岩土體裂隙形態參數分析方法, 岩土工程學報,(9): 1384-1388.(The analysis method of Morphological parameters of rock and soil crack based on image processing and recognition, Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2008,(9): 1384-1388)【EI,一級】
[7] 施斌, 王寶軍, 張巍, 徐潔. 2008. 汶川地震次生地質災害分析與災後調查, 高校地質學報, 2008, 14(3):387-394. (Survey and Analysis of Secondary Geological Hazards after Wenchuan Earthquake, Geological Journal China University, 2008,14（3）:387-394）【核心】
[8] 唐朝生, 施斌, 王寶軍. 2008. 基於SEM土體微觀結構研究中的影響因素分析，岩土工程學報, 30(4): 560-565. (Factors affecting analysis of soil microstructure using SEM, Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2008, 30(4):560-565) 【EI,一級】
[9] 隋海波，施斌，張丹，王寶軍，魏廣慶，朴春德，基於BOTDR的錨桿拉拔試驗研究，岩土工程學報，2008，30（5）：755-759（BOTDR-based pull out tests on anchor bolts，Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2008，30（5）：755-759.）【EI,一級】
[10] 隋海波, 施斌, 張丹, 王寶軍, 魏廣慶, 朴春德.2008. 地質和岩土工程光纖感測監測技術綜述, 工程地質學報, 16(1): 135-143.(Review on fiber optic sensor-based monitoring techniques for geological and geotechnical engineering, Journal of Engineering Geology, 2008,16(1):135-143）【核心】
[11] 隋海波, 施斌, 張丹, 王寶軍, 魏廣慶, 朴春德. 2008. 邊坡工程分布式光纖監測技術研究, 岩石力學與工程學報, 27(supp.2):3725-3731.(Study on Distributed Optical Fiber Sensor-based Monitoring for Slope Engineering, Chinese Jounal of Rock Mechanics and Engineering, 2008, 27(supp.2):3719-3725)【EI】
[12] 朴春德, 施斌, 朱友群, 魏廣慶, 王寶軍. 2008. 鑽孔灌注樁壓縮變形BOTDR分布式檢測, 水文地質工程地質(4): 80-83(Distributed monitoring of bored pile compression deformation based on BOTDR，Hydrogeology & Engineering Geology,2008(4):80-83) 【核心】
[13] 隋海波, 施斌, 張丹, 魏廣慶, 朴春德, 王寶軍. 2008. 基坑工程BOTDR分布式光纖監測技術研究, 防災減災工程學報, 28(2):184-191.(Distributed Optical Fiber Sensor-based Monitoring for Foundation Pit Engineering，Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering, 2008, 28(2):184-191) 【核心】
[14] 王寶軍; 施斌; 唐朝生;基於GIS實現黏性土顆粒形態的三維分形研究，岩土工程學報, 2007，29（2）：309-312.（Study on 3D fractal dimension of clayey soil by use of GIS，Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2007，29（2）：309-312.）【EI,一級】
[15] 王小明; 王寶軍; 施斌; 張大祥; GIS支持下工程勘察信息管理系統設計與實現，工程勘察, 2007（2）：1-9.（Design of the Information Management System for Geotechnical Investigation and Surveying Based on GIS and Its Realization ，Geotechnical Investigation & Surveying, 2007（2）：1-9.）【核心】
[16] 王小明; 王寶軍; 施斌;基於GIS的可視化土質邊坡穩定性分析系統研究，防災減災工程學報, 2007，27（3）：363-376.（Research of the Visualization System for Soil Slope Stability Analysis Based on GIS，Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering, 2007，27（3）：363-376.）【核心】
[17] 唐朝生,施斌,劉春,王寶軍,高瑋, 黏性土在不同溫度下干縮裂縫的發展規律及形態學定量分析，岩土工程學報, 2007, 29(5):743-749.（Developing law and morphological analysis of shrinkage cracks of clayey soil under different temperatures，Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2007，29（5）：743-749）【EI,一級】
[18] 唐朝生,施斌,劉春,王寶軍,影響黏性土表面干縮裂縫結構形態的因素及定量分析, 水利學報, 2007, 38(10): 1185-1193 (Factors affecting the surface cracking in clay e to drying shrinkage, Journal of Hydraulic Engineering, 2007,38(10): 1185-1193.) 【EI,一級】
[19] 陳峰軍; 施斌; 黃河; 王寶軍;生態土壤穩定劑對土質邊坡穩定性影響的數值分析，防災減災工程學報,2007，27（3）：302-306.（Numerical Analysis of Ecotype Soil Stabilizer Effect on Soil Slope Stability，Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2007，27（3）：302-306.）【核心】
[20] 熊孝波,桂國慶,許建聰,王寶軍,童立元,肖澤陽,可拓工程方法在地下工程岩爆預測中的應用, 解放軍理工大學學報(自然科學版),2007,8(6):695-701.( Application of extension method to p re diction of rockburst of underground engineering, Journal of PLA University of Science and Technology, 2007,8(6):695-701.) 【EI】
[21] 張巍，施斌，索文斌，蔡奕，王寶軍，凍土瞬態溫度場的分布式光纖監測方法及應用，岩土工程學報，2007，29（5）：723-728.（Monitoring and application of distributed optical fiber sensors in transient temperature field of frozen soil，Chinese Jounal of Geotechnical Engineering，2007，29（5）：723-728.）【EI,一級】
[22] Chao-Sheng Tang, Baojun Wang，Wei Gao，Bin Shi. Analysis of information management for large-scale bridge construction. The 10th IAEG Congress, Nottingham, United Kingdom, September 6-10, 2006. 【國際會議】
[23] Yi Cai, Bin Shi, Chaosheng Tang, Baojun Wang. Pilot study on the mechanical behaviour of soil with inclusion of polypropylene fibre and lime. The 10th IAEG Congress, Nottingham, United Kingdom, 6-10 September, 2006. 【國際會議】
[24] 索文斌; 王寶軍; 施斌; 劉傑;基於GIS的大型工程分布式光纖感測監測系統研究，水文地質工程地質, 2005，32（4）：88-92. （Research on large engineering monitoring system using distributed optical fiber sensor based on GIS，Hydrogeology and Engineering Geology, 2005，32（4）：88-92.）【核心】
[25] 姜洪濤; 王寶軍;基於GIS的工程地質環境評價系統分析，防災減災工程學報,2005，25（4）：451-457.（Analysis on the Assessment System of GIS-Based Engineering Geological Environment Journal of Disaster Pnevention and Mitigation Engineering,2005，25（4）：451-457.）【核心】
[26] 孫偉曄; 王寶軍; 施斌; 周匯光. GPS、GIS在公路網規劃中的應用, 桂林工學院學報, 2005，25（2）：169-172.（Application of GPS and GIS in Highway Network Planning, Journal of Guilin Institute of Technology, 2005，25（2）：169-172.）【核心】
[27] 趙德君; 王寶軍;任意地質圖剖面生成的方法探討，西部探礦工程,2005，106（3）：91-92.（Discussion on Resulting Method of Arbitrary Geological Profile，West-china Exploration Engineering,2005，106（3）：91-92.）
[28] 蔡奕; 施斌; 劉志彬; 唐朝生; 王寶軍;團聚體大小對填築土強度影響的試驗研究，岩土工程學報，2005，27（12）：1482-1486.（Experimental study on effect of aggregate size on strength of filled soils，Chinese Jounal of Geotechnical Engineering，2005，27（12）：1482-1486.）【EI,一級】
[29] 王寶軍; 施斌; 劉志彬; 蔡奕;基於GIS的黏性土微觀結構的分形研究，岩土工程學報，2004，26（2）：244-247（Fractal study on microstructure of clayey soil by GIS，Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2004，26（2）：244-247）【EI,一級】
[30] 王寶軍; 施斌; 周匯光; 蔡奕，GIS在邊坡有限元數值分析前處理中的應用，高校地質學報,2004，10（1）：128-133. （GIS and Pre-Process of Finite Element Method for Slope Stability Analysis ，Geological Journal of China Universities,2004，10（1）：128-133.）【核心】
[31] 劉義懷; 王寶軍; 吉林; 施斌; 蔡奕, 大型橋梁工程勘察信息管理剖析, 南京大學學報(自然科學版)，2004,40（6），：769-776．（Analysis of Information Management for Engineering Investigation and Surveying of the Large-scale Bridges，Journal of Nanjing University (Natural Sciences), 2004,40（6）：769-776．）【核心】
[32] 周匯光; 王寶軍; 施斌; 基於GIS的大型橋梁工程勘察信息管理系統設計，桂林工學院學報, 2004，Vol24（2），pp：172-176．（GIS based design of information management system investigation for large bridge engineering，Journal of Guilin Institute of Technology，2004，24（2）：172-176．）【核心】
[33] 劉志彬, 施斌, 王寶軍, 2004. 改性膨脹土微觀孔隙定量研究, 岩土工程學報, 26(4):526-530.(Quantitative research on micropores of modified expansive soils，Chinese Jounal of Geotechnical Engineering, 2004, 26(4):526-530)【EI,一級】
[34] 邵莉, 施斌, 王寶軍, 祁長青,周匯光. 2004. 基於GIS確定性模型的土體邊坡穩定性評估研究, 工程勘察,(2):1-7. (Study on Stability Evaluation of Soil Slope by Using GIS-based Deterministic Model, Geotechnical Investigation and Surveying, 2004(2):1-7)【核心】
[35] Cai Yi, Shi Bin, Jiang Hongtao, Wang Baojun, Zhou Huiguang, and Sun Weiyi，A study on information management and aided decision making system for large-scale engineering geological survey (in Italia 2004; 32nd international geological congress; abstract, Anonymous,)，International Geological Congress, Abstracts = Congres Geologique International, Resumes (August 2004), 32, Part 1 482【國際會議】
[36] Liu Zhibin, ShiBin, Wang Baojun, Determination of the optimum magnification about soil SEM images for morphological fractal research, IS-Osaka 2004, Japan. 【國際會議】
[37] 王寶軍，周匯光，孫偉曄，蔡奕，邵莉，滯洪區安全滯洪GIS管理剖析，水文地質工程地質，2003，Vol（4）：46-49. (Application of GIS in safe flood detention zone, Hydrogeology and Engineering Geology, 2003, Vol(4): 46-49)【核心】
[38] 王波, 施斌, 王寶軍, 賈學天. 2003. 利用WEB GIS建立城市地下管線管理系統, 水文地質工程地質,(5):71-74. (Establishing urban underground pipeline management, Hydrogeology and Engineering Geology, 2003, (5):71-74)【核心】
[39] 蔡奕, 王寶軍, 施斌, 方海東. 2002. GIS環境下膨脹土脹縮等級的模糊數學判別, 工程勘察, 2:1-4.(Determination of Expansive Soil Grades Using Fuzzy method in GIS Environment, Geotechnical Investigation & Surveying, 2002, 2:1-4)【核心】
[40] 方海東, 劉義懷, 施斌, 吳振君, 王寶軍. 2002. 三維地質建模及其工程應用，水文地質工程地質, 3:52-55. (3D geoscience modeling and its engineering application, Hydrogeology and Engineering Geology, 2002, 3:52-55)【核心】
[41] Shi Bin, Hua Jianwei, Wang Baojun, Jiang Hongtao, Wu Zhishen Environmental Geotechnical Problems of Municipal Sanitary Landfills in the East-South of China, the 6th International Symposium on Environmental Geotechnology and Global Sustainable Development, Seoul, Korea, July 2-5, 2002. 【國際會議】
[42] Bin Shi, Yi Cai, Baojun Wang, Hongtao Jiang and Li Shao, Determination of Expansive Soil Grades Using Fuzzy method in GIS Environment, Proc. Of 9th IAEG, South Africa, Sept, 2002【國際會議】
[43] 方海東, 施斌, 王寶軍. 2001.GIS在環境岩土工程中應用的回顧與展望, 桂林工學院學報, (21)4:371-375.(Review and prospect of GIS application in environmental geotechnology, Journal of Guilin Institute of Technology, 2001,(21)4: 371-375) 【核心】
[44] Baojun Wang, Bin shi, Ling Zhang. 2001. Liquefaction Analysis by GIS Method, Proceedings of the third international conference on soft soil engineering, 6-8 Dec. Hong Kong: 165-168. 【ISTP】
[45] 張凌, 施斌, 王寶軍. 2000. GIS環境中砂土液化評價方法, 水文地質工程地質, 5:15-16.(Evolution method of liquefaction in GIS environment, Hydrogeology and Engineering Geology, 2000, 5:15-16) 【核心】
[46] 施斌, 姜洪濤, 王寶軍, 張凌. 2000. 工程粘性土微觀結構分析技術, 工程地質學報,增刊: 379-381. (Analysis technique of engineering clayey soil micrestructure, Journal of engineering geology, 2000, supp:379-381)【核心】
[47] Wang Baojun, Shi Bin, and Zhang Ling, The Fractal Dimensions of the Expansive Mudstone in the Process of Swelling and shrinking, Proceedings of the International Symposium on High Altitude & Sensitive Ecological Environmental Geotechnology,, Nanjing University Press, 2000,pp228-235. 【國際會議】
[48] 王寶軍, 陳征宙, 李清波, 王勇強. 1999. 黃河小浪底斜坡變形的「反疊瓦」式構造機制研究, 高校地質學報, 5(1): 100-104. (Study of mechanisms of the 「over-covered titles」 structure in slope deformation of Xiao Langdi of Yellow river, Geological Journal China University, 1999, 5(1):100-104)【核心】
[49] B.Shi,Z.Wu,H.Inyang,J.Chen,B.Wang.1999. Preparation of soil specimens for SEM analysis using freeze-cut-drying, Bulletin of engineering geology and environment,58:1-7. 【核心】
[50] 張凌, 王寶軍, 施斌. 1999. 土粒度分維的確定方法探討,水文地質工程地質, (26)5:43-45. (Discussion of methods for soil grain size fractal, Hydrogeology and Engineering Geology, 1999, (26)5:43-45)【核心】
[51] Shi B.,Jiang H.T., Zhang L. And Wang B.J., Microstructural Analysis Techniques for Engineering Clayey Soils, Proceedings of Second China-Japan Joint Symposium on recent Development of Theory and Practice in Geotechnology, Dec. 9-10,1999, pp361-372. 【國際會議】
[52] 王寶軍，施斌，名勝古跡破壞的環境岩土工程研究，環境保護科學，沈陽，1997，23（5）：33-35.
[53] 施斌,王寶軍,寧文務.各向異性粘性土蠕變的微觀力學模型,岩土工程學報,1997，（19）3：7-13. 【EI，一級】
[54] Shi Bin, Wang Baojun,Li Qi and Jiang Hongtao, Quantification of microstructure of fine grained soil, Proceedings of the 30th IGC, Vol.23-Engineering Geology,1997,pp277-284. 【國際會議】
[55] Li Shenglin, Shi Bin, Du Yanjun, Li Qi and Wang Baojun, On the internal factors for controlling the swelling-shrinkage of expansive soil, Proceedings of the 30th IGC, Vol.23-Engineering Geology,1997. 【國際會議】
[56] 施斌，李立，姜洪濤，王寶軍，DIPIX 圖像處理系統在土體微結構定量研究中的應用，南京大學學報（自然版），1996，（32）2：275-280. 【核心】
[57] Shi Bin, Wang Baojun, Jiang Hongtao. 「Quantitative Appraisal on the Microstructure of Compacted Clayey Soils,」 Chinese Science Bulletin, 1996,(41)11:925-929. 【SCI】
[58] 施斌,王寶軍,姜洪濤. 擊實粘性土微觀結構特性的定量評價,科學通報,1996，（41）5：438-441. 【SCI】
[59] Shi Bin, Wang Baojun, and Jiang Hongtao，Quantitative analyses on the microstructures of compacted expansive soil (in 30th international geological congress; abstracts, Anonymous,)，International Geological Congress, Abstracts--Congres Geologique Internationale, Resumes (1996), 30, Vol. 3 381【國際會議】
[60] Shi Bin, Li Qi, Salah Bishir, Wang Baojun, and Wang Youcheng，Environmental-geotechnical properties of soils contaminated by waste alkaline liquor from paper mills (in Environmental geotechnology; proceedings of the 3rd international symposium)，Environmental Geotechnology. Proceedings of the ... International Symposium (1996), 3, Vol. 1 239-245【國際會議】
[61] Shi Bin et al, Treatment of Soft Foundation of Expressway to New Nanjing Airport, Proceedings of 2nd International Conference on Soft Soil Engineering, Nanjing, May 27-30, 1996. 【國際會議】
[62] ShiBin, Wang Baojun, Progress in Studies on the Engineering Geology of Expansive Soils in China, Proc. Of 30th International Geological Congress. Beijing, China, Aug.4-14,1996【國際會議】
[63] Shi Bin, LiQi, WangBaojun,On the International Factors for Controlling the Swelling-shrinkage soil, Proc. Of 30th International Geological Congress, Beijing, China, Aug.4-14,1996; 【國際會議】
㈣ 分布式光纖感測技術及其在工程監測中的應用
本項研究受國家傑出青年科學基金項目（40225006）和國家教育部重點項目（01086）資助。
施斌丁勇索文斌高俊啟
（南京大學光電感測工程監測中心，江蘇南京，210093）
【摘要】分布式光纖感測技術，如布里淵散射光時域反射測量技術（簡稱BOTDR），是國際上近幾年才發展成熟的一項尖端技術，應用非常廣泛。本文著重介紹 BOTDR分布式光纖感測技術在隧道、基坑和路面等3個方面的應用。在工程監測過程中積累起來的大量監測數據表明，BOTDR分布式光纖感測技術，是一種全新而可靠的監測方法，它在工程實踐中的應用為工程監測提供了一種新的思路，因而必將擁有一個廣闊的發展前景。
【關鍵詞】BOTDR光纖感測工程監測應變
1引言
隨著人們對工程安全要求的日益提高，近年來，一批新式的感測監測技術得到發展，它們不是對傳統感測監測技術簡單地加以改良，而是從根本上改變了感測原理，從而提供了全新的監測方法和思路。其中，尤以 BOTDR分布式光纖感測技術為世人所矚目，它利用普通的通訊光纖，以類似於神經系統的方式，植入建築物體內，獲得全面的應變和溫度信息。該技術已成為日本、加拿大、瑞士、法國及美國等發達國家競相研發的課題。這一技術在我國尚處於發展階段，目前已在一些隧道工程監測中得到成功應用，並逐步向其他工程領域擴展。
南京大學光電感測工程監測中心在南京大學985工程項目和國家教育部重點項目的支持下，建成了我國第一個針對大型基礎工程的BOTDR分布式光纖應變監測實驗室，開展了一系列的實驗研究，並成功地將這一技術應用到了地下隧道等工程的實際監測中，取得了一批重要成果，為將這一技術全面應用於我國各類大型基礎工程和地質工程的質量監測和健康診斷提供了堅實基礎。
2BOTDR分布式光纖感測技術的原理
布里淵散射同時受應變和溫度的影響，當光纖沿線的溫度發生變化或者存在軸向應變時，光纖中的背向布里淵散射光的頻率將發生漂移，頻率的漂移量與光纖應變和溫度的變化呈良好的線性關系，因此通過測量光纖中的背向自然布里淵散射光的頻率漂移量（vB）就可以得到光纖沿線溫度和應變的分布信息。BOTDR的應變測量原理如圖1所示。
為了得到光纖沿線的應變分布，BOTDR需要得到光纖沿線的布里淵散射光譜，也就是要得到光纖沿線的vB分布。BOTDR的測量原理與OTDR(Optical Time-Domain Reflectometer）技術很相似，脈沖光以一定的頻率自光纖的一端入射，入射的脈沖光與光纖中的聲學聲子發生相互作用後產生布里淵散射，其中的背向布里淵散射光沿光纖原路返回到脈沖光的入射端，進入 BOT-DR的受光部和信號處理單元，經過一系列復雜的信號處理可以得到光纖沿線的布里淵背散光的功率分布，如圖1中（b）所示。發生散射的位置至脈沖光的入射端，即至 BOTDR的距離 Z可以通過式（1）計算得到。之後按照上述的方法按一定間隔改變入射光的頻率反復測量，就可以獲得光纖上每個采樣點的布里淵散射光的頻譜圖。
圖1BOTDR的應變測量原理圖
如圖1中（c）所示，理論上布里淵背散光譜為洛侖滋形，其峰值功率所對應的頻率即是布里淵頻移 vB。如果光纖受到軸向拉伸，拉伸段光纖的布里淵頻移就要發生改變，通過頻移的變化量與光纖的應變之間的線性關系就可以得到應變數。式中：c—真空中的光速；
地質災害調查與監測技術方法論文集
n——光纖的折射率；
T—發出的脈沖光與接收到的散射光的時間間隔。
目前國際上最先進的BOTDR監測設備以日本 NTT公司最新研製開發的最新一代 AQ8603型BOTDR光纖應變分析儀為代表。表1為AQ8603的主要技術性能指標。
表1AQ8603光纖應變分析儀的主要技術性能指標
3隧道安全監測
BOTDR分布式光纖感測技術在隧道方面的應用，目前已經在國內日漸成熟。我們在幾條隧道變形監測系統的建設過程中，已形成了一整套的成功經驗，為該技術在岩土和地質工程安全監測中的推廣提供了堅實的技術基礎。
3.1光纖鋪設
為了使光纖精確地反映被測構築物的應變狀態，必須將之與構築物緊密相連，鋪設在結構物上。鋪設的好壞，直接關繫到監測的實際效果，因而在工程應用中，有著十分重要的意義。
根據光纖監測系統的設計原則，結合工程實際情況以及AQ8603應力分布式光纖感測器的特點，基本有以下兩種鋪設方法：全面接著式鋪設和定點接著式鋪設，如圖2所示。
圖2全面接著和定點接著
3.1.1全面接著式鋪設
分別沿隧道縱深方向和橫斷面按全面接著方式布設感測光纖。沿縱深方向布設的感測光纖用於監測隧道縱向的整體變形情況，而沿橫斷面布設的光纖則是用於監測隧道橫向的變形情況。
全面接著式鋪設的特點是可以全程監測隧道的健康狀況，監測對象為隧道整體，監測結果為隧道整體的變形情況。此種接著方式應用特定的鋪設工藝，使用實驗測定的效果優良的混合膠粘劑（以環氧樹脂為主），將感測光纖按照設計線路粘著在混凝土的表面，並在感測光纖的末段接駁光纜，將監測信號傳送至隧道監控中心。
3.1.2定點接著式鋪設
此種接著方式的特點是重點監測變形縫、應力集中區等潛在（或假定）變形處的變形情況。監測對象為變形縫等潛在（或假定）變形處，監測結果為變形縫等潛在（或假定）變形處的應力應變特徵。此種接著方式的鋪設方法大體等同於全面接著式鋪設方式，所不同的是在設計施工面上選擇一些特殊點進行粘著，即將光纖每隔1m至1.5m確定一個固定點，粘貼在混凝土牆面上，以此來檢測隧道局部接縫處的變形（見圖3）。在某些特點地點，根據實際情況，選擇在特定的線路上在特定的位置安裝接縫感測器，以監測變形縫的變形情況（見圖4）。
圖3隧道接縫布線示意圖
3.2變形計算
由於引起隧道變形的原因比較復雜，有溫度造成的構築物熱脹冷縮的整體變形，也有不同方向裂縫開裂和錯動引起的局部變形，因此，將 BOTDR所測到的隧道的應變轉換到變形，有時比較困難。因此比較可行的解決方法一是要合理地布置光纖監測網，分別監測隧道的整體應變和局部應變及其方向，結合變形特點，計算出構築物的整體變形與局部變形；二是要採用相應的計算方法，將光纖的應變換算為隧道的變形。
圖4接縫感測器示意圖
例如，對於均勻應變，可以由下式計算變形：
地質災害調查與監測技術方法論文集
式中：ε為應變，d為應變段長度，δ為變形。
對於不均勻變形，可以採用按一定間距定點接著的方式鋪設光纖，兩個粘結點間的應變近似地認為是均勻應變，按上式同樣可以得到光纖沿線的不均勻變形。
如果隧道發生整體的不均勻沉降，可以按照撓度的計算方法（見式（3）近似計算它的沉降變形量：
地質災害調查與監測技術方法論文集
式中：ε1、ε2分別為鋪設在構築物頂部和底部的兩條光纖的應變，d為兩條光纖的間距。
此外，結合數值模擬技術也可以實現變形的計算。可以將光纖的應變作為數值計算的邊界條件或者已知條件，通過有限元或有限差分等計算方法，得到構築物不同部位的各種變形。
總之，從隧道的應變轉換到變形的計算常常比較復雜，但是只要通過合理地布置光纖監測網，採用正確的計算方法，隧道變形的計算是可以得到滿意的結果。
4基坑變形監測
基坑變形監測是岩土工程領域的基本問題之一，基坑穩定性的重要性不言而喻。近半年來，課題組通過大量的室內外試驗研究，將 BOTDR技術成功地應用到了南京市的幾個深大基坑工程中，取得了一些十分有價值的成果。
眾所周知，基坑變形原因復雜、類型繁多，但總體來說，主要是由基坑開挖引起的坑體水平位移問題和基底隆起問題。傳統的監測方式，如土壓力盒、測斜管等，由於自身感測方式的限制，往往有精度不高、抗腐蝕性差、損耗較大、浪費人力等缺點。課題組通過研究，成功地研製了一種具有專利技術的基於BOTDR技術的基坑位移監測分布式光纖感測系統（分布式光纖感測智能測斜管）。
圖5基坑位移監測分布式光纖感測系統
如圖5所示，利用傳統的測斜管器件與先進的BOTDR技術相結合，開發出上述感測器。應用傳統的測斜管器件的目的在於：①經傳統方法驗證，測斜管能夠較理想地反映土體變形，是一種良好的材料；②測斜管自身帶有卡槽，免去了人工開槽的工作；③該材料是常用的基坑監測材料，方便易得，比較經濟；④應用與傳統監測方式一致的材料，方便對新、舊技術進行類比。該系統的構成，簡言之是將光纖按照一定的施工工藝，用經室內外試驗和工程實踐驗證過的特殊的膠黏著在測斜管上，構成感測系統，我們稱之為分布式光纖感測智能測斜管。該感測器具有分布式光纖感測器的一切優點，並可進行准實時監測。
應用BOTDR技術的分布式光纖感測器所得到的監測結果，是沿光纖感測器的軸向物理信息（應變、溫度等），因此，如何獲得沿光纖感測器分布的基坑水平變形量，也就成了問題的核心。經過研究，應用計算撓度的方法來近似計算基坑的水平變形量。
由材料力學相關知識可知，沿線各點的撓度可利用下式計算。
地質災害調查與監測技術方法論文集
式中：εx為所求點的光纖實測應變，其值為沿測斜管兩側的兩條光纖的應變差；d為粘貼在測斜管兩側的光纖之間的距離；積分起點為深部某無應變點，v(x）為各點的撓度，可以近似地認為是基坑的水平變形量。
5連續配筋混凝土路面檢測
連續配筋混凝土路面（CRCP）是全部省略接縫的連續混凝土板，是為了減輕因接縫而引起的振動與噪音，或為改善平整度、提高行車舒適性而使用的路面。對於這種高性能的路面結構形式，其鋼筋應力狀態、混凝土應力狀態和路面的裂縫分布是反映該路面使用性能的主要因素[8.9]。將 BOTDR這項優秀的無損檢測技術應用於監測 CRCP路面鋼筋、混凝土應力和路面裂縫，具有重要意義。
圖6為BOTDR分布式光纖感測系統在連續配筋混凝土路面中的布置圖。路面縱向鋼筋共有11根。在其中9根鋼筋上布設了感測光纖，溫度補償光纖4根，應變感測光纖5根，沿中心對稱鋪設。
圖7為澆注混凝土開始5天內BOTDR檢測的板表面混凝土應變變化。從圖上可以清楚看出沿路面縱向表面混凝土應變分布情況，而且可以根據最大拉應變的位置預測出路面可能產生裂縫的位置。如圖中79m處最有可能出現裂縫。
圖6光纖感測系統布置
圖7板表面混凝土應變分布
圖8為澆注混凝土開始5天內 BOTDR檢測的鋼筋應變變化。從圖上可以清楚看出沿路面縱向鋼筋應變分布情況。在混凝土硬化這段時間里，鋼筋應變不是均勻的，通過連續監測鋼筋應變，有助於預測路面的使用性能。
本實驗測試結果表明，BOTDR分布式光纖感測系統能夠在線對連續配筋混凝土路面板中的鋼筋和混凝土應變進行有效的檢測。這說明BOTDR在路面板、橋面板及其他一些類似工程中具有良好的適用性及廣闊的應用前景。
6結語
分布式光纖感測技術在我國尚處於起步階段，雖然在隧道、基坑等部分領域取得了一定成功，但仍然有許多研究工作有待進一步開展，這包括兩個方面，一是分布式光纖感測監測技術本身的進一步改良；二是要不斷地解決在工程監測中的技術問題。可以相信，隨著這一技術的不斷研發和成熟，越來越多的大型基礎工程將採用這一技術進行分布式監控和健康診斷，應用前景十分廣闊，無法估量。
圖8鋼筋應變分布
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㈤ 基於GIS的大型工程分布式光纖感測監測系統研究
基金項目：國家傑出青年基金項目（40225006），國家教育部重點項目（010886），南京大學985工程項目。
索文斌王寶軍施斌劉傑
（南京大學地球科學系地球環境計算工程研究所，南京，210093）
【摘要】BOTDR是一種新型的分布式光纖感測監測技術，其分布式、高精度、長距離、實時性、遠程式控制制等特點，已逐漸受到工程界的廣泛關注。由於監測是分布式的，所以得到的數據與地理位置具有重要的相關性。結合工程實踐中遇到的具體問題，研發了一套基於GIS的大型工程分布式光纖感測監測系統。本文重點論述系統的設計要求，包括設計目標、技術框架和特色功能。結合某隧道 BOTDR監測工程開發的一套相應的監測數據管理系統，實現了工程監測數據的採集與管理、監測結果的可視化、監測信息的對比查詢等功能，是一套集智能化分析與決策化管理為一體的多功能管理系統。
【關鍵詞】BOTDRGIS分布式光纖感測器監測系統
1引言
光纖感測技術以其良好的耐久性、抗腐蝕、抗電磁干擾，適合於在惡劣環境中長期工作等優點受到越來越多的工程建設者和科研人員的重視[～3]。BOTDR(Brillouin Optic Time-Domain Reflectometer）布理淵光時域反射計，作為新型的分布式感測技術，逐漸得到工程界的認可。日本、加拿大、瑞士等國已成功地將該技術應用到水壩、樁基、邊坡、堤岸等工程的監測中[～3]。我國自2001年由南京大學地球環境計算工程研究所率先從日本引進該技術以來，開展了大量的室內外實驗研究，並成功地完成了多個工程項目，取得了一系列重要的研究成果[4-7]。
在具體應用中，BOTDR所提供的監測結果存在諸如直觀表現差、數據配准和空間定位困難、綜合管理功能弱等方面的缺陷，未經過系統培訓的工程技術人員，很難讀懂 BOTDR的監測結果，後期成果處理也非常繁瑣。本文針對大型工程分布式光纖感測監測領域存在的數據分析與管理中存在的不足，提出了一套比較切合工程實際的解決方案，並結合具體工程實例設計和開發了一套應用系統。實踐表明，該系統可以很好地實現對監測數據的採集與管理、監測結果的可視化顯示以及監測信息的對比查詢等功能。
2問題的提出
2.1 BOTDR的監測原理[1]
激光在光纖中傳播時，光波與光聲子相互作用即會產生布理淵散射光。當環境溫度的變化量不大（T≤5°）時，布理淵光頻率漂移量（vB）與光纖所受的應變數（ε）成正比，其關系式如下式所示：式中：υB（ε）表示光纖受到ε應變時的布理淵頻率漂移量；υB(0）表示光纖不受應變時的布理淵頻率漂移量；
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為了得到沿光纖分布的應變信息，只需測量沿光纖分布的布理淵頻率漂移量的變化情況，沿光纖距離光源為Z長度的點可由下式求得：
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式中：c為光速，n為光纖折射率，T為自激光發射與接收到布理淵散射光所經歷的時間。
監測原理如圖1所示。
圖1BOTDR的應變監測原理圖
2.2 BOTDR在結果表現上存在的問題
在實際工程應用中，根據工程實際情況的不同，可按照不同的黏著方式將感測光纖粘貼在所需監測結構（或材料）的表面，從而獲得被粘貼結構（或材料的）沿光纖的徑向應變分布信息。但 BOTDR所提供的監測結果存在以下幾個方面的缺陷：
（1）海量數據的綜合管理缺陷。BOTDR提供的監測數據是沿光纖徑向的每一點的應變信息（點之間的間距和儀器的距離分解度相關），而這些點的應變信息是以數據點的形式給出的，造成原始數據繁多復雜。
（2）實際里程與監測結果的數據配准問題。分布式光纖感測器在實際鋪設過程中，出於定位需要，經常預留一些冗餘光纖，為了將所測得的應變數和實際的光纖里程對應起來，必須獲得發生應變部位距離光纖光源的實際里程，而 BOTRD提供的監測里程是光纖的實際長度（包括冗餘部分），並不是工程實際里程，也就是說監測結果與實際里程之間存在數據配准問題。
（3）監測結果的直觀表現不佳。BOTDR原始監測系統並不提供閾值設定功能，即對於特定的工程而言，我們必須人為地設定閾值尋找應變異常信息。
（4）實測數據影響因子多。BDTOR監測結果是在諸如溫度影響在內的多種因子的影響下測得的數據，未經處理的實測數據可信度差。
（5）缺乏面向最終用戶的監測數據。BOTDR監測結果是未經配准和處理的純文本文件，這些數據並不是面向最終用戶，而是面向具有 BOTDR操作經驗的科研人士，也就是說未經專業培訓的工程技術人員很難讀懂 BOTDR的原始成果。
3基於GIS的大型工程分布式光纖感測監測系統設計
3.1系統設計目標
針對上述所存在的問題，基於GIS的大型工程分布式光纖感測監測系統應該遵循以下的總體設計目標：
（1）完成對所監測工程的日常健康診斷，分析工程安全性。以應變分析為核心，建立工程安全評價體系，完成對影響規劃、管理、決策及科學研究的數據進行儲存更新、查詢檢索、智能評價、統計分析、類比判別和制圖製表等任務，提高工程管理質量和效率。
（2）利用BOTDR提供的數據，經系統處理後再配合工程實地調查數據，完成以工程質量為目標的各項監測工作。應用橫向縱向兩方面類比模式監測工程安全性，即利用不同光纖反饋回來的數據，以及同一根光纖不同時間測試的數據進行類比分析，得出工程可信的結果。
3.2系統技術框架
結合目前GIS的發展趨勢，並考慮工程實際的可操作性，系統應用ESRI公司提供的MapOb-jects組件，在Visual Basic 6.0環境下開發了以組件式GIS為核心的管理系統，系統的技術框架如圖2所示：
圖2系統技術框架圖
從圖2的技術框架圖中可以直觀地看出，系統設計以各種不同用戶的需求作為指導，並在開發中通過信息反饋不斷更新和完善系統功能及工作模式。系統以基礎地理及屬性資料庫為基礎利用GIS的開發實現空間數據的提取，結合光纖監測資料庫實現監測數據的配准以及可視化表示，以不斷更新和完善的管理與決策資料庫實現科學決策，構建集基礎功能、智能分析、決策管理於一體的多功能系統。
3.3系統的功能與特色
基於GIS的大型工程分布式光纖感測監測系統基本實現了如圖3所示功能。
從圖3可以看出，該系統基本上可以解決工程監測數據的採集與管理、監測結果的可視化顯示、監測結果的智能化分析，是一個以工程應用為目標，以監測結果為核心的多功能管理與智能化分析系統。
（1）圖層控制：系統載入多個圖層（ESRI的Shape文件、AutoCAD的DXF文件或圖像文件JPG、BMP、GIF、TIF等）。在使用中用戶可以通過圖層控制圖層是否可見、圖元顏色、可視化范圍、圖層順序等，以便於對特定圖層進行瀏覽。
圖3系統的功能與特色
（2）視圖控制：系統提供圖像的放大、縮小，全局顯示、局部顯示，漫遊等基本功能。
（3）動態標註：系統實現了空間任意位置的動態跟蹤標注。用戶點擊滑鼠後可隨時獲得滑鼠所在位置的屬性信息。
（4）數據維護：用戶可以選擇兩種不同方式查詢、檢索、更改數據，提供完善的從圖到屬性和從屬性到圖的數據查詢、檢索、更改方式。
（5）繪圖功能：系統提供自助的繪圖方式，用戶可按照自己的想法和要求新建圖層或者在原圖上自行繪制圖形，並根據程序提供的屬性表為數據添加屬性。
（6）元素選取：系統能夠識別圖中選取的元素，通過線、矩形、區域、多邊形、圓來拾取物體，並顯示拾取元素的屬性數據。當選中特定位置的光纖時，光纖以閃爍3次來回應用戶選中的光纖。
除上述功能之外，鑒於分布式光纖監測的工程特點，本系統還具備以下幾個特色功能：
（1）數據分析：系統以繪制專題應變曲線圖的方式提供數據分析功能。通過 BOTDR實測數據，繪制光纖應變曲線專題圖，根據不同的閾值設置不同顏色的應變曲線圖。
（2）數據配准：在實測數據與工程實際里程之間，根據實際工程光纖鋪設的特徵數據信息（光纖定位信息），系統提供一個精確的配准模塊，誤差小，應用性強。
（3）圖例顯示：系統提供獨特的圖例，便於工程管理。如，實際工程若鋪設5根光纖，並且光纖鋪設在不同牆面，採取二維示意圖顯示，可以繪制不同的圖例顯示，用以區別不同牆面鋪設的不同光纖。
（4）對比查詢：系統提供了由系統操作主界面至應變曲線繪制界面的對比查詢方式，用戶可選則從圖到曲線或從曲線到圖的兩種方式進行結果查詢，這樣，工程監測的質量和效率就大大提高了。
4工程應用實例
4.1工程概況
某隧道工程是一湖底隧道，全長約2.56km，其中湖底隧道長約1.66km，為雙向六車道，三箱室結構形式，其中左右兩個箱式為車行道，中間箱室為凈寬3m的管廊與檢修通道。隧道設計寬約32m，凈空高度4.5m，設計車速為60km/h。
2002年7月，隧道項目指揮部經反復調研和論證後，決定採用BOTDR技術進行隧道整體變形監測。2002年11月～12月，項目組完成了感測光纖鋪設，鋪設情況如圖4所示，並分階段對隧道變形進行監測。2003年1月～4月，為施工監測階段，2003年5月通車後至9月為常規監測階段。施工監測階段主要進行由於後期施工對隧道變形的影響以及隧道箱體接縫變形監測，監測頻率為2天/次。常規監測階段主要進行通車條件下隧道穩定性監測，監測頻率3～5次/周。
圖4某隧道光纖總體平面布置圖
4.2隧道工程監測數據管理的系統實現
4.2.1數據准備
系統的基本數據包括施工區域圖、隧道信息、光纖鋪設信息、光纖監測數據等四大類。這四類數據既包含了空間信息數據又包含了屬性數據，是構成系統數據結構的基礎，又是系統數據分析和管理的前提。
（1）施工區域圖。主要提供隧道基本信息與周邊環境狀況，用以確定施工地理信息、施工線路等，為繪制隧道二維示意圖提供標准。
（2）隧道信息。主要提供隧道縱剖面、橫剖面信息。橫剖面信息用於了解光纖鋪設里程和方位，縱剖面信息主要用於掌握具體施工操作面，為准確繪制隧道二維示意圖做數據基礎。
（3）光纖鋪設信息。主要提供感測光纖鋪設信息。擬鋪設的5條感測光纖處在隧道南洞、北洞不同的牆面上，每條光纖的實際鋪設長度與工程里程必有誤差，通過在鋪設過程中了解光纖定位信息，為數據配准模塊提供數據基礎。
（4）光纖監測數據。主要指 BOTDR實測應變數據，這些實測數據通過數據配准、閾值設定等系統轉換處理後，將得到精確的隧道不同位置的應變信息。
4.2.2系統工作流程
數據管理與分析是該系統的核心組成部分，是得到精確工程監測信息的重要組成部分。數據管理與分析主要靠以下流程來實現：
步驟一：數據准備
將BOTDR實測數據以＊.txt文件存放到指定位置，以備數據處理調用。
步驟二：選擇光纖
在5根鋪設的光纖中，在主操作界面中點擊所需監測光纖，即完成所需光纖的選擇，點擊所選光纖時，與之相對應的系列在後台被調入。
步驟三：選擇系列
所謂系列，就是不同時間監測的不同光纖的應變信息和數據配准信息。選擇系列操作包括調入監測數據，選擇數據配准，設置隧道變形閾值等。
步驟四：應變分析
進行系列選擇之後，選擇繪制曲線，系統即在新窗口繪制出經數據配準的隧道整體應變分析圖。
除上述主要數據管理與分析功能之外，系統還設置了分段管理與分析的功能，即通過對所需監測段進行設置起點、設置終點操作，進行局部數據的管理與分析。另外，系統還提供了由圖到曲線（或曲線到圖）的對比查詢方式，選擇圖到曲線（或曲線到圖）的菜單項之後，圖和曲線完美地對應起來，並提供了閾值設定功能，做到自動預警，避免人為干擾。圖5至圖7顯示了系統數據與管理功能的操作界面，其中，圖5為數據分析界面，圖6為選擇系列界面，圖7為隧道應變分析曲線界面。
圖5數據分析界面圖
圖6選擇系列界面
圖7隧道應變分析曲線界面
5結語
綜上所述，應用GIS管理分布式光纖監測工程可實現海量數據的高效管理。GIS以其獨特的數據管理、查詢、檢索、分析模式成為工程管理的首選。它的海量數據分層管理、數據結果的可視化表現、實現雙向查詢、面向最終用戶的特點更顯示其理想的工程管理能力。具體的說，系統具有以下優點：
（1）系統改善了BOTDR原系統中海量數據的綜合管理模式，結果顯示更加清晰直觀。
（2）系統設置了數據配准、閾值管理等模塊，監測結果可直接應用，避免了人為判別的誤差，提高了工作效率。
（3）系統採用可視化顯示，面向最終用戶，無須對具體工程監測人員進行系統培訓。
（4）系統實現了工程監測數據的採集與管理、監測結果的可視化顯示、監測信息的對比查詢等功能，是一個集智能化分析與決策化管理為一體的多功能管理系統。
本系統以具體工程為實例，具有更加科學、高效、直觀、方便等優點，並減少了BOTDR監測結果的後期人為干擾，使得測試結果更加客觀、准確，有利於科學管理和提高效率。
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