【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于室内物理力学试验，涉及一种群锚岩体结构面锚杆影响范围的确定方法。
技术介绍
1、在高速公路、高速铁路、水电工程、深部资源开采、战略石油储备以及核电工程等大型建设项目施工过程中，由于岩体结构面的存在，工程区岩体的稳定性及灾变问题相当突出，轻则影响工程安全开展，重则造成人员伤亡和设备及工程失效。针对此问题，锚固技术是岩土工程加固的一种重要手段，以其独特的加固效益、便捷的施工工艺和相对低廉的经济造价在岩石工程领域得到大力发展和广泛使用，且锚杆是以群锚的方式加固工程岩体。然而，由于锚固理论的研究一直落后于工程实践，传统仍采用工程类比法或半理论半经验方法，很难得到锚杆之间的应力叠加情况，无法确定锚杆的影响范围，难以评估群锚效应导致的锚固抗力损失，造成工程岩体灾害或者过度加固。目前一些学者在研究加锚结构面锚杆的影响范围时，主要采取锚杆的抗拉拔试验或者采用应变砖法、数字图像测量法得到模型中的应力分布情况。存在以下问题：(1)锚杆的抗拉拔试验是把锚杆当成纯受拉构件，主要关注锚杆轴向方向的影响范围，但锚杆由于具有较大抗剪刚度，发挥横向抗剪效应，使得影响范围增大；(2)应变砖的本质是应变片，在试样养护成型过程中，难免受到水和高温的影响，造成应变片失效，应变砖尺寸较大，且力学性质与模型试样相差较大，影响了模型剪切过程中的应力传递，难以得到锚杆之间的应力叠加规律；(3)数字图像法通过模型试样表面布置散斑，进而得到模型试样表面的变形，且受到光线干扰较大，无法得到试样内部的应力分布情况；(4)其他方法如位移计法等，也很难得到试样内部的应力分布
技术实现思路
1、为了克服已有技术的不足，本专利技术提供了一种基于光纤光栅的群锚岩体结构面锚杆影响范围的确定方法，能考虑锚杆横向抗剪效应导致锚杆影响范围增大，避免模型内部应力分布难以监测的缺点，光纤光栅的体积小、耐腐蚀性强、绝缘性高、抗干扰能力强，提高了锚杆影响范围确定的准确性和科学性，为群锚岩体构面锚固抗力损失的评估提供试验依据和科学指导。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种基于光纤光栅的群锚岩体结构面锚杆影响范围的确定方法，包括以下步骤：
4、(1)通过工程调查获得工程群锚岩体结构面的物理和几何参数，包括岩体密度、单轴抗压强度、弹性模量、结构面粗糙度、锚杆的直径、间距、长度和屈服强度；
5、(2)基于相似性原理，确定室内剪切试验群锚结构面试样的尺寸lx、ly、lz，围岩强度σw、密度，结构面粗糙度，锚杆的直径d、间距d、长度l和屈服强度；
6、(3)参照室内大尺寸混凝土试样的制定与养护规范，采用长方体钢模具浇筑大尺寸岩体结构面混凝土试样，包括上试样和下试样；
7、(4)在群锚结构面试样围岩中布置钢筋笼，钢筋笼的直径为0.5d，钢筋在x、y、z三个方向上的间距分别为sx、sy、sz；
8、(5)利用钢筋笼布置光纤光栅传感器，光纤光栅传感器布置在由钢筋笼围成的小型长方体中，实现光纤光栅传感器的精准定位；
9、(6)光纤光栅解调仪通过光源发送入射光束到光纤光栅传感器，光信号收发器收集反射的光束，然后通过光纤通道传输到解调仪，利用解调仪进行入射光束与反射光束频率、幅值信息的对比分析，得到光纤光栅传感器处的应变场信息；
10、(7)光纤光栅解调仪将应变场光信号转变成应变场电信号，并传输到数据处理计算机，将围岩中的应变场信息转换为应力场信息；
11、(8)将群锚结构面试样的模型信息输入到计算机，通过matlab进行应力场与模型的数据融合，得围岩中的应力场分布信息，确定锚杆在围岩中的影响范围并实时动态显示。
12、进一步，所述步骤(4)中，钢筋x、y、z三个方向上的间距sx、sy、sz通过如下公式确定，
13、sx＝d/3
14、sy＝d/2
15、
16、再进一步，所述步骤(5)中，光纤光栅点为一种抗干扰性能强的光纤光栅传感器，通过保护套筒实现光纤光栅点的保护，套筒的单轴抗压强度σg与围岩强度σw相等，能够适应模型试样浇筑时的干扰环境，且不影响加锚结构面试样围岩中的应力传递。
17、更进一步，所述步骤(6)中，解调仪根据光信号的变化规律得到应变场的信息，通过如下公式确定，
18、dλx＝(1-k)εwx
19、dλy＝(1-k)εwy
20、dλz＝(1-k)εwz
21、式中，dλx、dλy、dλz分别为光纤光栅传感器在x、y、z三个方向上的反射光波中心波长，εwx、εwy、εwz分别为锚杆周围岩体在x、y、z三个方向上的应变，k为光纤光栅的有效光弹性系数，需要通过标定来确定数值大小。
22、所述步骤(7)中，应力与应变的关系通过如下公式确定，
23、
24、
25、
26、式中，εwx、εwy、εwz分别为锚杆周围岩体在x、y、z三个方向上的应变；σwx、σwy、σwz分别为锚杆周围岩体在x、y、z三个方向上的应力；ν为锚杆周围岩体的泊松比。
27、所述步骤(8)中，锚杆影响范围的确定按照如下公式，
28、σx≥1.2σx0
29、σy≥1.2σy0
30、σz≥1.2σz0
31、式中，σx、σy、σz分别为锚杆周围岩体在x、y、z三个方向上的应力；σx0、σy0、σz0分别为岩体不受锚杆影响区域在x、y、z三个方向上的应力。
32、本专利技术中，光纤光栅传感器的体积小、耐腐蚀性强、绝缘性高、抗干扰能力强；光纤光栅传感器与解调仪之间通过光纤通道相连，抗干扰能力强，信号衰减小；提高了锚杆影响范围确定的准确性和科学性。
33、本专利技术的有益效果主要表现在：能解决群锚岩体结构面围岩中应力场信息无法实时监测的问题，光纤光栅传感器的体积小、耐腐蚀性强、绝缘性高、抗干扰能力强，光纤通道能降低信号的衰减，提高了试验结果的准确性和科学性，为群锚岩体结构面锚杆影响范围的确定提供试验依据和科学指导，有利于获取精确的群锚结构面抗剪强度，对于工程岩体灾害的精准防控设计有着重要的意义。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于光纤光栅的群锚岩体结构面锚杆影响范围的确定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于光纤光栅的群锚岩体结构面锚杆影响范围的确定方法，其特征在于，所述步骤(4)中，钢筋X、Y、Z三个方向上的间距SX、SY、SZ通过如下公式确定，
3.如权利要求1欧2所述的基于光纤光栅的群锚岩体结构面锚杆影响范围的确定方法，其特征在于，所述步骤(5)中，光纤光栅点为一种抗干扰性能强的光纤光栅传感器，通过保护套筒实现光纤光栅点的保护，套筒的单轴抗压强度σG与围岩强度σW相等，能够适应模型试样浇筑时的干扰环境，且不影响加锚结构面试样围岩中的应力传递。
4.如权利要求1欧2所述的基于光纤光栅的群锚岩体结构面锚杆影响范围的确定方法，其特征在于，所述步骤(6)中，解调仪根据光信号的变化规律得到应变场的信息，通过如下公式确定，
5.如权利要求1欧2所述的基于光纤光栅的群锚岩体结构面锚杆影响范围的确定方法，其特征在于，所述步骤(7)中，应力与应变的关系通过如下公式确定，
6.如权利要求1欧2所述的基于光纤光栅的群锚岩
...【技术特征摘要】
1.一种基于光纤光栅的群锚岩体结构面锚杆影响范围的确定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于光纤光栅的群锚岩体结构面锚杆影响范围的确定方法，其特征在于，所述步骤(4)中，钢筋x、y、z三个方向上的间距sx、sy、sz通过如下公式确定，
3.如权利要求1欧2所述的基于光纤光栅的群锚岩体结构面锚杆影响范围的确定方法，其特征在于，所述步骤(5)中，光纤光栅点为一种抗干扰性能强的光纤光栅传感器，通过保护套筒实现光纤光栅点的保护，套筒的单轴抗压强度σg与围岩强度σw相等，能够适应模型试样浇筑时的...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘广建，罗战友，吕原君，汪志勇，高志峰，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：
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