本发明专利技术提供一种预埋无源支护监测方法及装置，包括以下步骤：S1、在预应力锚杆或锚索附近布置无源智能锚杆；S2、通过无源智能锚杆检测岩土体初始电容量；S3、通过实验标定电容—含水率函数模型；S4、通过实验标定含水率变化与预应力变化函数模型；S5、定期监测电容量推测预应力失效状况或者岩土体含水率变化推测支护状态。通过将无源监测装置嵌入在锚杆体上和锚杆一起按常规施工方法埋设在岩土体内，通过无接触的射频通讯的方式，启动无源监测装置，并通过岩土体含水率的变化，推导锚杆或锚索的预应力变化。并能够持续监控岩土体含水率的变化，预警透水事故。本发明专利技术的结构简单，耐久性高，不影响施工效率，具有较高的推广应用价值。
1、岩土体锚固在公路、隧道等工程中应用较为普遍，例如于深基坑工程、边坡稳定工程、隧道工程、抗倾覆的结构工程等项目中，能够阻止地层变形的发展。通过支护系统提高地层的抗剪性能。但是施加了预应力的锚杆或锚索可能会因预应力失效而影响支护效果，成为工程病害。为解决该技术难题，现有技术中采用了大量的措施来监控锚杆或锚索的预应力，例如中国专利文献cn102146713a记载了一种内嵌钢绞线frp光纤智能复合筋，通过光纤光栅检测预应力，但是该方案的结构复杂，而且检测过程较为繁琐，导致实施成本高昂。cn106017523a记载了一种多功能智能锚杆的制作方法，虽然能降低制作成本，但是对于检测成本仍难以控制，尤其是，在检测过程中，需要将引线无损坏无弯折的引出，对施工效率影响较大，在长期的维护过程中，受使用寿命或其他因素的影响，引线和光纤非常容易损坏。透水是导致某些隧道工程病害的主要原因之一，通常能够从表观发现透水现象，防治已经变得非常困难，如何能够提前监控隧道工程的透水情况也是本领域的技术难题。
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种预埋无源支护监测方法及装置，能够以完全常规锚杆预埋施工的方式进行监测设备的布置，能够以无接触的方式采集数据，而且监测设备内无需设置电池等电源，基本处于完全密封的状态，耐久性高，能够持续的监测锚杆或锚索的预应力状况，以及持续的监测地层含水率的变化。
>2、为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种预埋无源支护监测方法，包括以下步骤：3、s1、在预应力锚杆或锚索附近布置无源智能锚杆；
4、s2、通过无源智能锚杆检测岩土体初始电容量；
5、s3、通过实验标定电容—含水率函数模型；
6、s4、通过实验标定含水率变化与预应力变化函数模型；
7、s5、定期监测电容量推测预应力失效状况或者岩土体含水率变化推测支护状态。
8、优选的方案中，无源智能锚杆的锚杆体设有天线、主控模块和电极；
9、天线、主控模块与电极之间电连接；
10、天线用于接收从接收器发射的射频电信号，并用于产生感应电流；
11、主控模块用于接收电源和控制信号，并启动对岩土体电容量的检测，将检测到的电容量通过天线发送至接收器；
12、电极用于与岩土体接触，并检测岩土体的电容值。
13、优选的方案中，所述的锚杆体采用树脂纤维材质；
14、所述的天线为沿圆周展开成平面的结构，天线成s形布置在平面上，平面卷绕后嵌入到锚杆体表面；
15、主控模块嵌入在锚杆体的中部；
16、电极位于靠近锚头的位置。
17、优选的方案中，所述的主控模块包括主控ic，主控ic设有多个开关组，沿电极的长度方向设有多个监测电容，每个监测电容的回路中设有至少一个开关；
18、主控模块还包括解调器、增压器、电源、ac-dc模组、限压器和存储器；
19、解调器用于解析接收器发射的射频电信号中的控制指令；
20、增压器用于将天线感应接收到的射频电信号转化的电能增加电压；
21、ac-dc模组用于将交流电转换成直流电；
22、电源采用电容，用于储存电能；
23、限压器用于限制电源输出的电压；
24、存储器用于存储监测的电容数据和时间参数。
25、优选的，步骤s5中，巡查过程中，接收器靠近无源智能锚杆的位置并发射射频信号，在射频信号叠加有控制指令，天线接收到射频信号后，在天线内产生感应电流，经过解调器分解为动力电流和信号指令，信号指令发送至主控ic用于控制开关组的通断，依次启动监测电容，并由检测电路检测电容量；
26、检测到的电容量发送至存储器；
27、主控ic将存储器存储的电容量和时间通过射频模块经过天线发送至接收器；
28、信号指令还包括控制主控ic在休眠一段时候后重新启动，利用电源储存的电能启动监测电容检测电容量并发送至存储器；
29、动力电流经过增压器和ac-dc模组发送至电源储存，电源输出的电流经过限压器供主控ic、射频模块、检测电路和存储器使用。
30、优选的方案中，在步骤s3中，电容—含水率函数模型的建立采用以下步骤：
31、s31、根据现场岩土体制作试样，用三轴实验装置给试样施加压力，压力值为现场的预应力锚杆或锚索施加的预应力的80%~120%；
32、s32、按施工步骤将无源智能锚杆布置在试样内，对试样进行喷淋吸水，通过吸水和干燥时间控制含水率；
33、s33、通过称重精确检测含水率，在不同含水率下通过无源智能锚杆检测岩土体的电容量；
34、s34、根据离散的含水率与对应的电容量，建立电容—含水率拟合曲线，根据拟合曲线建立电容—含水率函数模型。
35、优选的，在步骤s4中，含水率变化与预应力变化函数模型的建立采用以下步骤：
36、s41、在相同的时间段内供岩土体试样喷淋吸水，每次吸水时，对岩土体试样施加不同的压力；
37、s42、通过称重得出岩土体试样在不同压力下的含水率变化；
38、s43、根据离散的含水率变化参数与岩土体试样的对应压力参数，建立含水率变化与预应力变化拟合曲线，根据拟合曲线建立含水率变化参数与岩土体试样压力变化之间的函数模型。
39、一种用于上述的预埋无源支护监测方法的无源智能锚杆，无源智能锚杆的锚杆体设有天线、主控模块和电极；
40、天线、主控模块与电极之间电连接；
41、天线用于接收从接收器发射的射频电信号，并用于产生感应电流；
42、主控模块用于接收电源和控制信号，并启动对岩土体电容量的检测，将检测到的电容量通过天线发送至接收器；
43、电极用于与岩土体接触，并检测岩土体的电容值。
44、优选的方案中，所述的锚杆体采用树脂纤维材质；
45、所述的天线为沿圆周展开成平面的结构，天线成s形布置在平面上，平面卷绕后嵌入到锚杆体表面；
46、主控模块嵌入在锚杆体的中部；
47、电极嵌入到锚杆体上靠近锚头的位置，电极至少部分的裸露。
48、优选的方案中，所述的主控模块包括主控ic，主控ic设有多个开关组，沿电极的长度方向设有多个监测电容，每个监测电容的回路中设有至少一个开关；
49、主控模块还包括解调器、增压器、电源、ac-dc模组、限压器和存储器；
50、解调器用于解析接收器发射的射频电信号中的控制指令；
51、增压器用于将天线感应接收到的射频电信号转化的电能增加电压；
52、ac-dc模组用于将交流电转换成直流电；
53、电源采用电容本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种预埋无源支护监测方法，其特征是包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种预埋无源支护监测方法，其特征是：无源智能锚杆的锚杆体（1）设有天线（2）、主控模块（3）和电极（4）；
3.根据权利要求2所述的一种预埋无源支护监测方法，其特征是：所述的锚杆体（1）采用树脂纤维材质；
4.根据权利要求3所述的一种预埋无源支护监测方法，其特征是：所述的主控模块（3）包括主控IC，主控IC设有多个开关组（32），沿电极（4）的长度方向设有多个监测电容（41），每个监测电容（41）的回路中设有至少一个开关；
5.根据权利要求4所述的一种预埋无源支护监测方法，其特征是：步骤S5中，巡查过程中，接收器靠近无源智能锚杆的位置并发射射频信号，在射频信号叠加有控制指令，天线（2）接收到射频信号后，在天线（2）内产生感应电流，经过解调器分解为动力电流和信号指令，信号指令发送至主控IC用于控制开关组（32）的通断，依次启动监测电容（41），并由检测电路检测电容量；
6.根据权利要求1所述的一种预埋无源支护监测方法，其特征是步骤S3中，电容—含水率函数模型的建立采用以下步骤：
7.根据权利要求1所述的一种预埋无源支护监测方法，其特征是步骤S4中，含水率变化与预应力变化函数模型的建立采用以下步骤：
8.一种用于权利要求1~7任一项所述的预埋无源支护监测方法的无源智能锚杆，其特征是：无源智能锚杆的锚杆体（1）设有天线（2）、主控模块（3）和电极（4）；
9.根据权利要求8所述的一种用于预埋无源支护监测方法的无源智能锚杆，其特征是：所述的锚杆体（1）采用树脂纤维材质；
10.根据权利要求8所述的一种用于预埋无源支护监测方法的无源智能锚杆，其特征是：所述的主控模块（3）包括主控IC，主控IC设有多个开关组（32），沿电极（4）的长度方向设有多个监测电容（41），每个监测电容（41）的回路中设有至少一个开关；
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【技术特征摘要】
1.一种预埋无源支护监测方法，其特征是包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种预埋无源支护监测方法，其特征是：无源智能锚杆的锚杆体（1）设有天线（2）、主控模块（3）和电极（4）；
3.根据权利要求2所述的一种预埋无源支护监测方法，其特征是：所述的锚杆体（1）采用树脂纤维材质；
4.根据权利要求3所述的一种预埋无源支护监测方法，其特征是：所述的主控模块（3）包括主控ic，主控ic设有多个开关组（32），沿电极（4）的长度方向设有多个监测电容（41），每个监测电容（41）的回路中设有至少一个开关；
5.根据权利要求4所述的一种预埋无源支护监测方法，其特征是：步骤s5中，巡查过程中，接收器靠近无源智能锚杆的位置并发射射频信号，在射频信号叠加有控制指令，天线（2）接收到射频信号后，在天线（2）内产生感应电流，经过解调器分解为动力电流和信号指令，信号指令发送至主控ic用于控制开关组（32）的通断，依次...
【专利技术属性】
技术研发人员：焦红刚，陈华东，严作新，郑凯，杨锐，武彦宇，秦达彬，张志勇，
申请(专利权)人：中交二航局成都建设工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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