当前位置: 首页 > 专利查询>东华大学专利>正文

基于分布式光纤传感技术桩完整性和横向位移的评估方法技术

技术编号:12521252 阅读:94 留言:0更新日期:2015-12-17 11:46
本发明专利技术涉及一种基于分布式光纤传感技术桩完整性和横向位移的评估方法,包括以下步骤:将桩身的位置预留两个垂直的孔用于安装光纤传感器;将光纤应变传感器、光纤温度传感器以及应力计预拉后垂直的布设于预留的孔内;利用水泥浆将两个孔灌满;待到水泥浆硬化后利用信号采集仪器采集光纤温度传感器和光纤应变传感器的温度与应变结果,并根据度与应变结果以及应力增量结果进行桩体的完整性评估,同时将得到的两组径向的应变结果进行桩的横向位移计算。本发明专利技术能够对桩体的完整性进行评估。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及岩土工程监测
,特别是涉及一种基于分布式光纤传感技术粧 完整性和横向位移的评估方法。
技术介绍
当前国家在基础设施建设方面投入了大量的资金,如当前的热点项目"一带一路" 涉及大量的基础设施建设,包括铁路、公路、以及各类型民用建筑,这些基础设施的安全性 越来越受到工程师的关注。建筑物基础的安全与稳定性直接决定了人民生命财产的安全, 利用有效的方法探测基础内部各种结构如粧、土钉等的力学性能以及安全性是十分必要 的。目前的判断粧体完整性与位移的方法存在一定的问题,如:(1)基于应力波方法 探测粧体或其它岩土结构的缺陷,该种技术属于无损检测,其主要缺陷在于,对于较深层的 土体内部、周围土质较为复杂、粧身完整性存在较多不确定性的情况下,需要依靠丰富的经 验判断信号的可靠性,同时较长的粧体底部得到的信号较弱,导致可靠性较差;(2)混凝土 钻芯法是一种直接从粧身取芯的方法探测粧体的长度与完整性,这种方法主要问题在于施 工较为复杂,费时费力,技术成本较高;(3)其余方法如超声波扫描、电磁波方法等一般需 要在粧身内部预安装套管,这种方法的成本也较高,操作过程亦比较耗时费力。 前人基于其他技术探索了一些测量土钉或粧的基本参数,如殷建华等(2006)提 出的基于低相干干涉传感器测量土钉或粧长度的方法,以及施斌等(2005)以及施斌等 (2006)基于 Brillouin Optical Time Domain Reflectometry(BOTDR)技术测量边坡内部 土体的变形。前者主要考虑用光纤传感器技术测量长度,而后者主要考虑的是土体的变形 以及边坡的稳定性。这些研究也说明了光纤传感器技术的广泛应用前景。其他的技术如布 拉格光纤光栅传感器也有部分应用于位移探测(刘波等2006)。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于分布式光纤传感技术粧完整性和横 向位移的评估方法,能够对粧体的完整性进行评估。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种基于分布式光纤传感技术 粧完整性和横向位移的评估方法,包括以下步骤: (1)将粧身的位置预留两个垂直的孔用于安装光纤传感器; (2)将光纤应变传感器、光纤温度传感器以及应力计预拉后垂直的布设于预留的 孔内; (3)利用水泥浆将两个孔灌满; (4)待到水泥浆硬化后利用信号采集仪器采集光纤温度传感器和光纤应变传感器 的温度与应变结果,并根据度与应变结果以及应力增量结果进行粧体的完整性评估,同时 将得到的两组径向的应变结果进行粧的横向位移计算。 所述光纤应变传感器为直径I. 5mm的紧包光纤,外包层为PVC材料,内部为裸光 纤。 所述光纤温度传感器为单模光纤光缆。 所述光纤应变传感器和光纤温度传感器的光纤光缆的底部安装有重物。 所述步骤⑷中横向位移计算方法如下:通过基于轴向对称位置 测得的应变来计算粧身的倾角,进而计算出粧身相应的位移,计算公式为:,其中,为常量,D为粧体直径,ε ui和ε H 分别是测得的径向的两个位置的应变,eul与ε η分别为第一个初始段长度两个位置的平 均应变,eun与ε ln分别为第η段长度两个位置的平均应变。 所述步骤(4)中粧体完整性评估方法如下:基于粧体内传感器测得的应变与应 力结果计算粧体的平均有效模量分布,有效模量由以下公式进行计算:△ ^^与Δ ε I1分别为两次加载后的两个孔内的应变增量,Δ σ ^与Δ σ I1分别为两次加 载后的两个孔内与光纤传感器对应位置的应力计的平均增量,当粧体出现缩颈、断粧或者 扩径缺陷情况时,得到的相应有效模量E 1会分别出现减小、减小、增大的情况。 有益效果 由于采用了上述的技术方案,本专利技术与现有技术相比,具有以下的优点和积极效 果:本专利技术针对粧体的完整性较难评估的特点,将基于BOTDA(Brillouin optical time domain analysis)光时域分技术的光纤应变和温度传感器布设于粧体内部,测量粧的径向 对称位置产生的应变变化,同时在粧顶进行两次不同的加载,记录测得的纯应变信息,结合 应力计得到的应力变化,以解析算法为基础计算粧体各部位的有效模量,利用该有效模量 判定粧体的完整性。【附图说明】 图1是光纤传感器与应力传感器在粧体内部布置方式的示意图; 图2是光纤应变传感器结构示意图; 图3是光纤温度传感器结构示意图。【具体实施方式】 下面结合具体实施例,进一步阐述本专利技术。应理解,这些实施例仅用于说明本专利技术 而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解,在阅读了本专利技术讲授的内容之后,本领域技术人 员可以对本专利技术作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。 本专利技术的实施方式涉及一种基于分布式光纤传感技术粧完整性和横向位移的评 估方法,其以BOTDA光纤分布式传感器为主,结合应力计对粧体内部径向两个孔内部的应 力进行测量,将测量得到的应力与应变结果计算粧体的有效模量,进而判断粧身的完整性; 同时考虑用积分的方法计算粧体的侧向位移。 专利技术中使用的光纤应变传感器为直径是1.5mm的PVC聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride)材料的紧包光纤,内部为裸单模光纤,见图2。光纤温度传感器使用的是普通单 模光纤光缆,见图3。使用过程中,在粧体(一般直径为1~3m)顶部预留两个直径为5cm 的孔,孔直接到达粧底部以放置光纤传感器与应力计。光纤传感器测量分布的平均应变, 即一定长度粧体的平均应变,通过专利技术中的布置方式可以测量从粧体底部到顶部的平均应 变,进而可计算模量以及侧向位移,最终结合采集软件以及相应的计算方法可以判断粧体 的完整性以及侧向位移。具体步骤如下: (1)将粧身的位置预留两个垂直的孔用于安装光纤传感器。 (2)将光纤应变传感器、光纤温度传感器以及应力计预拉后垂直的布设于预留的 孔内。为了防止注浆过程中导致光缆上浮,所述光纤应变传感器和光纤温度传感器的光纤 光缆的底部可以安装有重物。图1是光纤传感器与应力传感器在粧体内部布置方式的示意 图。图中,1为加载设备、2为光纤传感器信号采集仪、3为应力计、4为光纤应变与温度传感 器。 (3)将预留孔用水泥砂浆封闭,待水泥砂浆硬化后即可采集信号。 (4)待到水泥浆硬化后利用信号采集仪器采集光纤温度传感器和光纤应变传感器 的温度与应变结果,并根据度与应变结果以及应力增量结果进行粧体的完整性评估,同时 将得到的两组径向的应变结果进行粧的横向位移计算。 其中,上述光纤应变传感器4用当前第1页1 2 本文档来自技高网
...
<a href="http://www.xjishu.com/zhuanli/52/CN105157999.html" title="基于分布式光纤传感技术桩完整性和横向位移的评估方法原文来自X技术">基于分布式光纤传感技术桩完整性和横向位移的评估方法</a>

【技术保护点】
一种基于分布式光纤传感技术桩完整性和横向位移的评估方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)将桩身的位置预留两个垂直的孔用于安装光纤传感器;(2)将光纤应变传感器、光纤温度传感器以及应力计预拉后垂直的布设于预留的孔内;(3)利用水泥浆将两个孔灌满;(4)待到水泥浆硬化后利用信号采集仪器采集光纤温度传感器和光纤应变传感器的温度与应变结果,并根据度与应变结果以及应力增量结果进行桩体的完整性评估,同时将得到的两组径向的应变结果进行桩的横向位移计算。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:张一帆洪成雨
申请(专利权)人:东华大学
类型:发明
国别省市:上海;31

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1