本文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是对该研究的详细介绍：

作者及发表信息

该研究由Jing Chai、Qi Liu、Jinxuan Liu、Guihua Zhang、Dingding Zhang和Fengqi Qiu共同完成，他们分别来自西安科技大学能源学院和中国教育部西部矿山开采与灾害预防重点实验室。研究论文于2018年6月12日发表在《Journal of Sensors》期刊上，文章标题为《Assessing the Difference in Measuring Bolt Stress: A Comparison of Two Optical Fiber Sensing Techniques》。

学术背景

该研究的主要科学领域是岩土工程中的岩石锚杆监测。岩石锚杆是岩石加固系统的重要组成部分，广泛应用于地下采矿、土木工程和地下工程中，用于增强岩石地层的稳定性并抵抗可能的变形。然而，由于岩石锚杆在复杂环境中的受力分布具有高度变化性和复杂性，传统的电传感器在监测中存在诸多局限性，如易受电磁干扰、体积大等。因此，研究团队旨在比较两种光纤传感技术——脉冲预泵浦布里渊光时域分析（PPP-BOTDA）和光纤布拉格光栅（FBG）——在测量锚杆应力分布中的性能差异，以期为岩石锚杆的监测提供更精确、可靠的技术支持。

研究流程

研究主要包括以下几个步骤：

1. 实验设计：研究团队开发了一套界面力学测试装置，用于研究锚杆在拉拔实验中的轴向应力分布特性。实验中使用了PPP-BOTDA和FBG两种光纤传感技术进行测量。实验对象为全树脂灌浆锚杆，其长度为1.1米，直径为18毫米。

2. 传感器安装：在锚杆表面安装分布式应变传感光纤和FBG传感器。光纤的直径为0.9毫米，最大弯曲半径为9至16毫米。FBG传感器的光栅长度为10毫米，多个FBG传感器通过一根传输光纤连接。光纤通过氰基丙烯酸酯胶粘剂固定在锚杆表面，并在实验过程中进行温度校正。

3. 拉拔实验：实验分为三个加载/卸载循环，每个循环中施加的拉拔力分别为6.53、13.06、19.59、26.12、32.65、39.18、45.71和52.24千牛（kN）。在每个加载步骤中，保持恒定载荷5分钟，以确保光纤传感器的读数稳定。实验过程中，通过Neubrescope和光学光谱解调器分别记录分布式光纤传感器和FBG传感器的读数。

4. 数据分析：研究团队通过PPP-BOTDA和FBG传感器测量了锚杆的轴向应力分布，并分析了两种技术的重复性误差。通过计算相对标准偏差（RSD）来评估两种传感器的重复性。此外，研究还结合两种传感技术的测量结果，分析了锚杆轴向应力的分布特性。

主要结果

研究的主要结果如下：

1. 轴向应力分布：实验结果表明，锚杆的轴向应力分布沿锚固段呈非均匀分布，最大轴向应力出现在拉拔端附近。随着拉拔力的增加，FBG和PPP-BOTDA传感器测量的应变值逐渐增加，且拉拔端的应变值最大，沿锚杆向内部逐渐减小。

2. 重复性误差：PPP-BOTDA传感器的重复性误差相对标准偏差小于FBG传感器。当拉拔力大于20 kN且轴向应力大于10 kN时，两种方法的测量结果具有较好的一致性。

3. 树脂固化时间：研究还发现，树脂固化时间对锚杆的锚固效果有显著影响。在锚杆安装后，树脂粘结剂与周围基体的完全相互作用至少需要500分钟，以确保锚固效果的最大化。

结论

该研究通过PPP-BOTDA和FBG两种光纤传感技术，详细分析了锚杆在拉拔载荷下的轴向应力分布特性。研究结果表明，PPP-BOTDA传感器在测量锚杆应力分布时具有更好的重复性和一致性，尤其是在拉拔力较大时。此外，研究还强调了树脂固化时间对锚固效果的重要性，建议在实际应用中预留至少500分钟的固化时间。

研究亮点

该研究的重要发现包括：PPP-BOTDA传感器在测量锚杆应力分布时具有更高的重复性和一致性；树脂固化时间对锚固效果有显著影响；两种光纤传感技术在拉拔力较大时具有较好的一致性。此外，研究团队开发了一套界面力学测试装置，为锚杆应力分布的精确测量提供了新的实验方法。

研究价值

该研究为岩石锚杆的监测提供了新的技术手段，尤其是在复杂环境下的精确测量。通过比较PPP-BOTDA和FBG两种光纤传感技术的性能，研究为实际工程中的锚杆监测提供了重要的参考依据。此外，研究结果还为锚杆的设计和优化提供了理论支持，具有较高的科学价值和工程应用价值。