近年来，受气候变化和人类活动的双重影响，山体滑坡、崩塌落石、地面塌陷等工程地质灾害频发，严重威胁管道、隧道、铁路等线性工程的运行安全。一方面，地质灾害直接对线性工程构成威胁；另一方面，线性工程事故也可能影响地质环境平衡，引发或加剧灾害。
为应对当前线性工程地质灾害感知面临的挑战，我院施斌教授课题组历时七年开发了一种光纤分布式振动感知技术，并开展了一系列相关研究，取得重要进展。
其中一项研究以西气东输三线干线管道地质灾害监测为背景，通过在斜坡上人工诱发不同规模的落石事件，验证该技术感知边坡落石灾害的可行性和有效性。结果显示，光纤阵列可以清晰捕捉到落石产生的高频微地震信号，还原其运动过程和轨迹。通过时频域特征分析，识别了石块完整、破碎及诱发崩塌三种运动模式。课题组还提出了落石灾害源双差定位法，实现了“主要撞击”（main impact）事件的空间定位。
另一项研究则聚焦埋地管道泄漏及其链生灾害感知。通过模型试验，课题组观察到气体泄漏会改变管周土体结构形态，引发地下隐蔽空洞和次生地表塌陷裂缝等灾害。研究阐明了光纤感知效果与管道-光纤阵列间距、阵列布设位置、泄漏方向、压力和规模等关键参数的关系，揭示了土体动态变形和气-纤摩擦两种光纤振动信号产生机制及其在不同条件下的主导顺序，为准确判识埋地管道小孔泄漏提供理论支持。
上述研究成果以“Seismic monitoring of rockfalls using distributed acoustic sensing”为题发表于工程地质领域主流期刊《Engineering Geology》，博士研究生谢涛为第一作者，张诚成准聘副教授和施斌教授为共同通讯作者；以“Detecting gas pipeline leaks in sandy soil with fiber-optic distributed acoustic sensing”为题发表于隧道与地下工程领域主流期刊《Tunnelling and Underground Space Technology》，博士研究生陈卓为第一作者，张诚成准聘副教授和施斌教授为共同通讯作者。研究得到了国家自然科学基金和中国科协青年人才托举工程项目等的资助。
论文信息：
Xie, T., Zhang, C.-C., Shi, B., et al. (2023). Seismic monitoring of rockfalls using distributed acoustic sensing. Engineering Geology, 325, 107285. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2023.107285
Chen, Z., Zhang, C.-C., Shi, B., et al. (2023). Detecting gas pipeline leaks in sandy soil with fiber-optic distributed acoustic sensing. Tunnelling and Underground Space Technology, 141, 105367. https://doi.org/10.1016/j.tust.2023.105367
