[發(fā)明專利]一種測試傳感光纜與土體變形協(xié)調(diào)性的方法

有效

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• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN107063108B
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張丹;丁大勇;李博;施斌;孫義杰
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01M11/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 劉輝

本發(fā)明公開了一種測試傳感光纜與土體變形協(xié)調(diào)性的方法，包括制備試驗土條，將傳感光纜埋入土條；使土條發(fā)生彎曲變形；測量土條的第一彎曲變形；采用分布式光纖傳感技術(shù)測量土條兩側(cè)的應(yīng)變分布，計算出土條的第二彎曲變形；利用計算變形傳遞系數(shù)t，即纖?土變形協(xié)調(diào)性。本發(fā)明的測試傳感光纜與土體變形協(xié)調(diào)性的方法，提供了一種全新的解決纖?土耦合問題的解決方案，為提高光纖監(jiān)測的精度提供了一個良好的基礎(chǔ)，并為光纖監(jiān)測的具體應(yīng)用場合提供理論指導(dǎo)；該方法原理簡單，通過較少的試驗數(shù)據(jù)數(shù)量就可以獲得所需的試驗結(jié)果；該方法所需的試驗設(shè)備較為簡單，均是實驗室中常用的儀器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于巖土工程測試技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種測試傳感光纜與土體變形協(xié)調(diào)性的方法。

背景技術(shù)

分布式光纖傳感技術(shù)除了具有靈敏度高、抗電磁干擾、電絕緣性好、耐腐蝕、本質(zhì)安全等優(yōu)點，還可以實現(xiàn)分布式監(jiān)測，在智能材料、土木工程等諸多領(lǐng)域都得到了很好的應(yīng)用。在地質(zhì)工程領(lǐng)域，分布式光纖傳感技術(shù)已用于地質(zhì)體和巖土加固結(jié)構(gòu)的長期監(jiān)測和試驗研究，為研究工程地質(zhì)現(xiàn)象以及機理提供了極大的便利。具體的應(yīng)用包括：邊坡變形監(jiān)測、基坑安全監(jiān)測、隧道等地下空間的健康監(jiān)測等。相對于常規(guī)的點式監(jiān)測技術(shù)，分布式光纖傳感技術(shù)可以同時獲得地質(zhì)體的應(yīng)變、溫度等參量的空間分布信息，具有測點連續(xù)，不易漏檢的優(yōu)勢。

分布式傳感光纜的安裝方式主要有兩種：表面安裝和直埋安裝。表面安裝是通過黏貼或借助緊固件安裝在地質(zhì)體或加固結(jié)構(gòu)的表面，如巖體或者混凝土結(jié)構(gòu)的表面；直埋安裝是通過鉆孔或者探槽將傳感光纜埋入地質(zhì)體中，然后通過回填，使傳感光纖與地質(zhì)體協(xié)調(diào)變形。當(dāng)?shù)刭|(zhì)體或周圍環(huán)境發(fā)生變化，光纖中傳遞的光信號會隨之改變，從而實現(xiàn)對地質(zhì)體的傳感與長期監(jiān)測。光纜具有多層結(jié)構(gòu)，外層護套一般為高分子材料。將光纜黏貼或者埋入地質(zhì)體，特別是采用直埋方式監(jiān)測土體變形時，由于光纜的彈性模量與土體存在顯著的差異，光纜與土體可能會出現(xiàn)變形不一致的問題。因此，在采用傳感光纜監(jiān)測土體變形之前，需要確定光纜與土體變形協(xié)調(diào)的程度，即變形協(xié)調(diào)性。在此基礎(chǔ)上，評價光纜的應(yīng)變感測性能，并對光纜實測的應(yīng)變進行修正，為準確計算土體或其它地質(zhì)體的真實變形提供參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種測試傳感光纜與土體變形協(xié)調(diào)性的方法，該方法能夠以簡單的設(shè)備精確測量出光纜與土體的形變，進而計算出光纜與土體的形變耦合性，為提高光纖監(jiān)測的精度提供了基礎(chǔ)。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的一種測試傳感光纜與土體變形協(xié)調(diào)性的方法，包括以下步驟：

1)制備試驗土條，將傳感光纜埋入土條；

2)推動土條，使土條發(fā)生彎曲變形；

3)通過數(shù)控直線位移滑臺、激光位移傳感器及其數(shù)據(jù)采集器測量土條的第一彎曲變形；由于第一彎曲變形的測量精度非常高，因此視為土條的實際彎曲變形，相應(yīng)的應(yīng)變視為土條的實際應(yīng)變；采用分布式光纖傳感技術(shù)測量土條兩側(cè)的應(yīng)變分布，傳感光纜的應(yīng)變即是土條上相應(yīng)位置的應(yīng)變，利用傳感光纜的應(yīng)變計算土條的第二彎曲變形；

4)變形傳遞系數(shù)t用于表征土體應(yīng)變傳遞至纖芯的傳遞效率，即纖-土變形協(xié)調(diào)性；

其中，ε_fmax為傳感光纜實測的土條應(yīng)變最大值；ε_smax為與傳感光纜所在位置土條實際應(yīng)變最大值；v_fmax為土條第二彎曲變形的最大值；v_smax為土條第一彎曲變形的最大值。根據(jù)彎曲變形與應(yīng)變的關(guān)系，應(yīng)變之比應(yīng)為彎曲變形的二階導(dǎo)數(shù)之比。

進一步的，所述步驟3)中分布式光纖傳感技術(shù)使用的儀器為光背向散射反射計(optical backscatter reflectometer,OBR)；傳感光纜的應(yīng)變量為：