【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锚杆应变监测，具体涉及一种基于光纤光栅的锚杆应变监测光纤引出装置及监测方法。
技术介绍
1、锚杆在控制隧道变形、限制边坡和基坑变形等方面具有很好的效果，特别是在隧道的施工过程中得到了广泛的应用。迫切需要深入研究锚杆控制围岩位移的定量化评价方法，监测锚杆受力为类似工程提供经验，因此对于锚杆监测的需要越来越迫切。
2、目前隧道、边坡和基坑中对锚杆的受力监测主要是应变片法，这种方法存在着钢管表面贴片易损坏、成活率低、引线困难、施工慢以及数据量少等缺点。而光纤光栅监测技术在土木工程中应用逐渐广泛，特别是在桥梁工程、钢结构建筑、基坑工程以及边坡工程中有广阔的空间，具有数据准确、数据量大、精度高和数据传输方便等诸多优势，但由于地下工程的特殊性，很多锚杆结构都在围岩或者岩土体中，现有锚杆的光纤引出技术主要是全段刻槽的方法，由于其刻槽工艺难度大、价格昂贵，这导致了光纤光栅在锚杆中安装和引线困难，并且基于目前的锚杆施工工艺，很容易导致光纤在施工锚杆和注浆过程中受损。在光纤光栅监测中，对光纤的保护至关重要。因此迫切需要一种装置和技术来解决光纤光栅在锚杆中应用时引出困难、导线易缠绕、易破损以及后续数据处理难的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术提出一种基于光纤光栅的锚杆应变监测光纤引出装置及监测方法，以解决光纤在锚杆施工中引线困难和容易受损的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：一种基于光纤光栅的锚杆应变监测光纤
3、所述套管组件包括套管，所述套管插设在锚杆钢管内，并通过夹具与锚杆钢管固定，锚杆钢管外壁沿轴向开设有多组安装槽和通孔，所述套管与通孔连通；
4、所述引出组件包括滑块和牵引钢筋，所述滑块滑动连接在套管内，并开设有能够与通孔连通的安装孔，所述牵引钢筋与滑块连接。
5、将套管安装在锚杆钢管内，并对准安装槽和通孔，再通过夹具进行固定。将光纤光栅测点通过嵌入式封装方式安装在安装槽处，光纤从通孔插入到套管内，并穿过滑块的安装孔，临时固定在滑块上，通过牵引钢筋拉动滑块在套筒内移动，将光纤牵动从围岩方向(土体)向外引出。滑动至下一个安装槽处后，再安装下一个光纤光栅测点，并引出其光纤。全部引出后，即可将光纤和套管进行永久固定，进行锚杆的施工，光纤连接到光纤光栅调节仪进行监测。
6、上述基于光纤光栅的锚杆应变监测光纤引出装置的有益效果是：在锚杆内壁提供了一条能够方便引出光纤的通道，引出过程方便简单，能够对光纤进行保护，保证了测试数据的安全可靠，并且还能够有效避免光纤的相互缠绕，使光纤更有序。此外，这种引出装置和引出方法可适用于隧道系统锚杆、超前锚杆、超前小导管、锁脚锚杆、边坡锚杆以及基坑锚杆等各种光纤引出困难的施工场景，具有较高的实用性。
7、进一步地，所述套管的一侧呈弧形状，与锚杆钢管的内壁贴合，并与通孔连通。
8、套管与锚杆钢管的内壁贴合，提升了在固定时的稳定性。
9、进一步地，所述套管绕锚杆钢管的周向、间隔均匀地设有四个，每组所述安装槽和通孔也绕锚杆钢管的周向、间隔均匀地设有开四个，并与套管一一对应设置。
10、安装槽绕周向设置四个，用于在同一断面上设置四个相邻夹角为90°的光纤光栅测点，两组相对的测点分别用于采集竖直面和水平面的应变值，套管对应地用于容纳四个轴向上的光纤。
11、进一步地，所述套管组件还包括支撑架，所述支撑架的材质为钢筋，且沿套管轴向设有多个，所述支撑架具有多个端部，能够分别与各套管连接。
12、支撑架将能够将多个套管撑起，使套管能够与钢管内壁紧密贴合，提升钢管的稳定性，并在径向上固定钢管。
13、进一步地，所述滑块上开设有多个安装孔，且开设有注射孔，所述注射孔与套管内部连通。
14、多个安装孔用于插入同一套管内的不同光纤，以便将光纤理顺，避免缠绕打结，注射孔用于注入环氧树脂对套管内的光纤进行保护。
15、进一步地，所述夹具包括夹板和锁紧螺栓，所述夹板设有两个，能够分别与锚杆钢管的外壁和套管贴合，两个所述夹板相互连接，且均开设有螺纹孔，所述锁紧螺栓与螺纹孔螺纹连接。
16、将两个夹板之间的槽部插在锚杆钢管的端部，且两个夹具分别位于钢管外壁和套筒外壁，将套管夹持在钢管内壁上。再将锁紧螺栓穿过两个夹板，使夹板夹紧固定在锚杆钢管和套筒上，从而使夹具将套管夹持固定，配合支撑架将套管固定在锚杆钢管内。
17、一种基于光纤光栅的锚杆应变监测方法，采用前述任一所述的基于光纤光栅的锚杆应变监测光纤引出装置，在安装槽内布置光纤光栅测点，获取该监测断面处的结构应变，锚杆钢管的端部与第一监测断面之间为第一监测区段，并沿锚杆钢管的轴向依次将相邻监测断面之间作为后续监测区段；
18、测得第一监测区段的竖直方向挠度和水平方向挠度，通过对竖直方向挠度和水平方向挠度进行合成运算，求得总挠度；
19、以第一监测断面作为已知条件，得到锚杆钢管下一监测区段的挠度方程，并以此类推进行计算；
20、根据挠曲线微分方程得到弯矩与挠度关系，即可得知锚杆钢管上任意截面的弯矩值。
21、进一步地，针对第一监测区段，对竖直方向采集的应变值进行应变连续化，得到应变变化方程，根据锚杆钢管的边界条件，通过对应变变化方程的二重积分得到第一监测断面上竖直方向的挠度，将第一监测断面的挠度值和转角大小作为已知条件，通过对第二监测区段的应变变化方程的二重积分即可得到第二监测区段上竖直方向的挠度方程；
22、针对第一监测区段，对水平方向采集的应变值进行应变连续化，得到应变变化方程，根据锚杆钢管的边界条件，通过对应变变化方程的二重积分得到第一监测断面上水平方向的挠度，将第一监测断面的挠度值和转角大小作为已知条件，通过对第二监测区段的应变变化方程的二重积分即可得到第二监测区段上水平方向的挠度方程；
23、重复前述过程，即可得到锚杆钢管上每一个监测区段的挠度方程。
24、上述基于光纤光栅的锚杆应变监测方法的有益效果是：可以将光纤光栅测得的应变数据计算出挠度与弯矩，具有简单快速实用的优点。
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1.一种基于光纤光栅的锚杆应变监测光纤引出装置，其特征在于：包括套管组件、引出组件和夹具；
2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的锚杆应变监测光纤引出装置，其特征在于：所述套管的一侧呈弧形状，与锚杆钢管的内壁贴合，并与通孔连通。
3.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的锚杆应变监测光纤引出装置，其特征在于：所述套管绕锚杆钢管的周向、间隔均匀地设有四个，每组所述安装槽和通孔也绕锚杆钢管的周向、间隔均匀地设有四个，并与套管一一对应设置。
4.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的锚杆应变监测光纤引出装置，其特征在于：所述套管组件还包括支撑架，所述支撑架的材质为钢筋，且沿套管轴向设有多个，所述支撑架具有多个端部，能够分别与各套管连接。
5.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的锚杆应变监测光纤引出装置，其特征在于：所述滑块上开设有多个安装孔，且开设有注射孔，所述注射孔与套管内部连通。
6.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的锚杆应变监测光纤引出装置，其特征在于：所述夹具包括夹板和锁紧螺栓，所述夹板设有两个，能够分别与锚杆钢管的外壁和套管贴
7.一种基于光纤光栅的锚杆应变监测方法，采用权利要求1-6任一所述的基于光纤光栅的锚杆应变监测光纤引出装置，其特征在于：
8.根据权利要求7所述的基于光纤光栅的锚杆应变监测方法，其特征在于：针对第一监测区段，对竖直方向采集的应变值进行应变连续化，得到应变变化方程，根据锚杆钢管的边界条件，通过对应变变化方程的二重积分得到第一监测断面上竖直方向的挠度，将第一监测断面的挠度值和转角大小作为已知条件，通过对第二监测区段的应变变化方程的二重积分即可得到第二监测区段上竖直方向的挠度方程；
...【技术特征摘要】
1.一种基于光纤光栅的锚杆应变监测光纤引出装置，其特征在于：包括套管组件、引出组件和夹具；
2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的锚杆应变监测光纤引出装置，其特征在于：所述套管的一侧呈弧形状，与锚杆钢管的内壁贴合，并与通孔连通。
3.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的锚杆应变监测光纤引出装置，其特征在于：所述套管绕锚杆钢管的周向、间隔均匀地设有四个，每组所述安装槽和通孔也绕锚杆钢管的周向、间隔均匀地设有四个，并与套管一一对应设置。
4.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的锚杆应变监测光纤引出装置，其特征在于：所述套管组件还包括支撑架，所述支撑架的材质为钢筋，且沿套管轴向设有多个，所述支撑架具有多个端部，能够分别与各套管连接。
5.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的锚杆应变监测光纤引出装置，其特征在于：所述滑块上开设有多个安装孔，且开...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨忠平，刘淼，高宇豪，赵世博，张顺波，赵茜，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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