岩土振动信号分布式光纤监测的离散元建模研究

岩土振动信号分布式光纤监测的离散元建模研究

王艺澄¹, 闵寅通¹, 刘春^1,2, 李万翀¹

摘要: 分布式光纤传感 (DAS) 可获取实时的工程事件振动信号，识别这些信号的特征有利于预警和规避工程灾变风险。为系统地探究不同条件下的 DAS 信号特征，基于高性能离散元软件 MatDEM, 建立了岩土体振动信号 DAS 监测模型，采用弹性 Clump 模型构建光纤结构体并实时记录相对应变数据，并结合外场重锤下落试验的 DAS 振动信号数据，从信号的时域特征、频域特征以及信号在振源参数影响下的变化规律三个方面验证了模型的合理性和有效性。研究结果表明，模拟和试验的信号特征具有一致性：信号波形都呈现出单个峰值并快速衰减的特征；信号频率集中，并随着频率增加，振幅逐渐降低；随着重锤下落高度、质量的增加，信号的振幅提高，相应的信噪比增强。模型可用于振动特性机理研究和振动信号大数据生成，有利于进一步的 DAS 信号解译和人工智能识别。

关键词: 离散元法；数值模拟；分布式监测；振动信号；时域分析；频域分析

图8 二维离散元模型

图9 时域信号对比

图10 频域信号对比

图11  模拟信号中心通道振幅，试验信噪比及模拟信噪比

王艺澄,闵寅通,刘春,等.岩土振动信号分布式光纤监测的离散元建模研究[J].防灾减灾工程学报,2025,45(02):307-316.DOI:10.13409/j.cnki.jdpme.20241203002.