[發明專利]基于導電聚合物的土體變形監測系統及方法

有效

• 申請號: 201310312664.7
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN103334462A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 崔新壯;王海永;隋偉;郭峰;高登攀;文翠琴
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及土木工程領域，尤其涉及基于導電聚合物的土體變形監測系統及方法。

背景技術

近年來,由高分子聚合物合成的土工材料（如土工格柵等），因其強度高、耐腐蝕、柔性大、運輸方便等優點，被廣泛應用于路堤、邊坡及擋土墻等土工的加筋工程。然而，有關筋土相互作用機制和計算分析方法的研究卻落后于工程實踐的發展，表現在按現有某些方法進行的計算結果，反映不了土工合成材料對改善結構物穩定性的顯著作用。這表明土工合成材料的加固機制和被加固土體的可能破壞模式還沒有搞得很清楚，使得計算方法也缺乏針對性，這樣，土工合成材料的加筋應用就帶有一定的盲目性，并可能嚴重影響其推廣和技術發展。另外，為了了解全壽命周期內加筋土工程的穩定性，一般對加筋土體某些離散點的沉降和水平位移等外部穩定指標進行監測，但實踐表明只有加筋土內部損傷狀態發展到一定程度時，沉降等才會有明顯的變化，這樣往往延誤最佳的加固時機。鑒于以上原因，人們開始加強對加筋土體內部穩定指標的現場測試與研究，但目前測試手段還很不完善。

發明內容

為解決現有技術存在的不足，本發明具體公開了基于導電聚合物的土體變形監測系統及方法，本發明將機敏導電聚合物用于土體加固與變形自檢測，能夠對土體穩定性分析方法進行驗證，能夠診斷加筋土體破壞狀態，能夠為土體安全預警提供更加合理的技術手段。

為實現上述目的，本發明的具體方案如下：

基于導電聚合物的土體變形監測系統，包括鋪設有導電聚合物的土體，鋪設有導電聚合物的土體通過導線與無線數據采集儀相連，無線數據采集儀并與網絡連接，網絡通過網絡接口與數據庫相連，網絡及數據庫與服務器相連。

基于導電聚合物的土體變形監測系統的土體變形監測方法，包括以下步驟：

步驟一，在導電聚合物表面加涂一層防潮保護涂層；

步驟二，在室內進行導電聚合物拉伸試驗，測定導電聚合物變形與電阻變化間的關系，同時模擬出導電聚合物在土體中不同圍壓下的容許拉應變。

步驟三，在施工時將導電聚合物鋪設到土體中，進行壓實；

步驟四，使用無線數據采集儀進行實地數據采集；

步驟五，測出土體中各層聚合物的實際拉應變ε_ti，并與對應的各層聚合物容許拉應變進行比較；

步驟六，設各層導電聚合物容許拉應變為ε_ai，若有ε_ti>ε_ai，即實際導電聚合物拉應變高于導電聚合物容許拉應變，則土體有滑裂危險，導電聚合物進行安全預警。

所述步驟三中從土體中引出與導電聚合物接觸良好且穩固的導線；

所述導線外設有絕緣防水防腐包層；

所述步驟五和步驟六中各層聚合物容許拉應變即為步驟二中的導電聚合物在土體中不同圍壓下的容許拉應變；

所述基于導電聚合物的土體變形監測系統可融入智能交通系統；

在聚合物表面加涂一層防潮保護涂層，是為了防止導電聚合物在土中受到其它因素的影響而使其電阻率變化。

導電高分子材料目前已在能源、光電子器件、信息、傳感器、分子導線和器件，以及電磁屏蔽、金屬防腐和隱身技術等領域得到了廣泛應用，填充復合型導電高分子材料是應用最廣泛的導電復合材料，它是在基體聚合物中加入炭黑、碳纖維、石墨、碳納米管等導電填料復合而成。

如圖1所示，導電復合材料的導電行為一般呈現典型的滲濾現象，當填料含量增加到某一閾值時,在某一區域內復合材料電阻率急劇下降，這一區域被稱作滲濾區域。機敏材料具有感知和驅動功能，某些導電高分子復合材料也具有機敏性，經過特殊設計后表現出一些特殊效應，如拉敏效應，拉敏效應是指在外部拉力作用下導電性發生轉變的過程(低阻→高阻)。拉敏效應的出現是由于當復合材料變形超過某臨界值時，導電通路被部分破壞而呈高阻態。

在實際應用中可通過電阻率的變化來確定材料的各性能指標的變化規律。當導電聚合物受到外力作用時，材料本身發生形變，土體變形處的電阻率發生顯著變化，此時，通過對采集到的實時數據的分析來判斷土體滑裂面的位置、方位，監測滑裂面演化過程。

通過監測潛在滑裂面位置，可對土體變形破壞進行安全預警。因此，作為加筋材料可以有效地提高土體的穩定性，降低土體被破壞的風險。

所述步驟四中該系統可融入智能交通系統，實用、準確和高效，可適于對高大路基和擋墻等進行大范圍、全方位監測。

本發明的有益效果：