[發明專利]基于分布式光纖傳感技術樁完整性和橫向位移的評估方法

有效

• 申請號: 201510274375.1
• 申請日: 2015-05-26
• 公開（公告）號: CN105157999B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發明（設計）人: 張一帆;洪成雨
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所31233
• 代理人: 宋纓,孫健

技術領域

本發明涉及巖土工程監測技術領域，特別是涉及一種基于分布式光纖傳感技術樁完整性和橫向位移的評估方法。

背景技術

當前國家在基礎設施建設方面投入了大量的資金，如當前的熱點項目“一帶一路”涉及大量的基礎設施建設，包括鐵路、公路、以及各類型民用建筑，這些基礎設施的安全性越來越受到工程師的關注。建筑物基礎的安全與穩定性直接決定了人民生命財產的安全，利用有效的方法探測基礎內部各種結構如樁、土釘等的力學性能以及安全性是十分必要的。

目前的判斷樁體完整性與位移的方法存在一定的問題，如：(1)基于應力波方法探測樁體或其它巖土結構的缺陷，該種技術屬于無損檢測，其主要缺陷在于，對于較深層的土體內部、周圍土質較為復雜、樁身完整性存在較多不確定性的情況下，需要依靠豐富的經驗判斷信號的可靠性，同時較長的樁體底部得到的信號較弱，導致可靠性較差；(2)混凝土鉆芯法是一種直接從樁身取芯的方法探測樁體的長度與完整性，這種方法主要問題在于施工較為復雜，費時費力，技術成本較高；(3)其余方法如超聲波掃描、電磁波方法等一般需要在樁身內部預安裝套管，這種方法的成本也較高，操作過程亦比較耗時費力。

前人基于其他技術探索了一些測量土釘或樁的基本參數，如殷建華等(2006)提出的基于低相干干涉傳感器測量土釘或樁長度的方法，以及施斌等(2005)以及施斌等(2006)基于Brillouin Optical Time Domain Reflectometry(BOTDR)技術測量邊坡內部土體的變形。前者主要考慮用光纖傳感器技術測量長度，而后者主要考慮的是土體的變形以及邊坡的穩定性。這些研究也說明了光纖傳感器技術的廣泛應用前景。其他的技術如布拉格光纖光柵傳感器也有部分應用于位移探測(劉波等2006)。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于分布式光纖傳感技術樁完整性和橫向位移的評估方法，能夠對樁體的完整性進行評估。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種基于分布式光纖傳感技術樁完整性和橫向位移的評估方法，包括以下步驟：

(1)將樁身的位置預留兩個垂直的孔用于安裝光纖傳感器；

(2)將光纖應變傳感器、光纖溫度傳感器以及應力計預拉后垂直的布設于預留的孔內；

(3)利用水泥漿將兩個孔灌滿；

(4)待到水泥漿硬化后利用信號采集儀器采集光纖溫度傳感器和光纖應變傳感器的溫度與應變結果，并根據度與應變結果以及應力增量結果進行樁體的完整性評估，同時將得到的兩組徑向的應變結果進行樁的橫向位移計算。

所述光纖應變傳感器為直徑1.5mm的緊包光纖，外包層為PVC材料，內部為裸光纖。

所述光纖溫度傳感器為單模光纖光纜。

所述光纖應變傳感器和光纖溫度傳感器的光纖光纜的底部安裝有重物。

所述步驟(4)中橫向位移計算方法如下：通過基于軸向對稱位置測得的應變來計算樁身的傾角，進而計算出樁身相應的位移，計算公式為：其中，L_c為常量，D為樁體直徑，ε_ui和ε_li分別是測得的徑向的兩個位置的應變，ε_u1與ε_l1分別為第一個初始段長度兩個位置的平均應變，ε_un與ε_ln分別為第n段長度兩個位置的平均應變。

所述步驟(4)中樁體完整性評估方法如下：基于樁體內傳感器測得的應變與應力結果計算樁體的平均有效模量分布，有效模量由以下公式進行計算：Δε_ui與Δε_li分別為兩次加載后的兩個孔內的應變增量，Δσ_ui與Δσ_li分別為兩次加載后的兩個孔內與光纖傳感器對應位置的應力計的平均增量，當樁體出現縮頸、斷樁或者擴徑缺陷情況時，得到的相應有效模量E_i會分別出現減小、減小、增大的情況。

有益效果

由于采用了上述的技術方案，本發明與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果：本發明針對樁體的完整性較難評估的特點，將基于BOTDA(Brillouin optical time domain analysis)光時域分技術的光纖應變和溫度傳感器布設于樁體內部，測量樁的徑向對稱位置產生的應變變化，同時在樁頂進行兩次不同的加載，記錄測得的純應變信息，結合應力計得到的應力變化，以解析算法為基礎計算樁體各部位的有效模量，利用該有效模量判定樁體的完整性。

附圖說明