[實用新型]一種基于光纖傳感技術的土體三向應力測量裝置

有效

• 申請號: 201821155020.6
• 申請日: 2018-07-20
• 公開（公告）號: CN208588487U
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 張鴻;凌浚菠;廖煒;崔猛;田海
• 申請（專利權）人: 南昌工程學院
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

本實用新型涉及一種可用于測量邊坡、地基等自重或荷載所產生的應力的測量裝置，屬于土體應力測試技術領域。一種基于光纖傳感技術的土體三向應力測量裝置，包括感壓中空腔體，所述感壓中空腔體為多面體，在相對或相鄰的棱之間設置有通槽，所述通槽內用于安裝固定固端梁，固端梁內表面用于粘貼感應外部土壓力的光纖光柵傳感元件；在感壓中空腔體外表面設置有感壓液囊，所述感壓液囊用于傳遞土壓力給光纖光柵傳感元件；所述光纖光柵傳感元件通過光纖與外部的光纖光柵解調儀相連。本實用新型具有以下優點：1.感壓的方向具有多向性。2.在土體發生大變形時依然可以保持其適應性。3.提高了測量的精度。4.制作成本低，適用范圍廣。

技術領域

本實用新型涉及一種可用于測量邊坡、地基等自重或荷載所產生的應力的測量裝置，具體涉及測量土體三個方向上的應力大小的測量裝置，屬于土體應力測試技術領域。

背景技術

邊坡失穩往往是因為在外力或者強降雨作用下，土體內部的應力和土體強度發生改變，導致邊坡內部逐漸產生裂隙，最終導致邊坡的垮塌。而土體應力則是反映邊坡、地基等土體穩定狀態的一個重要參數，測量土應力的大小及其分布具有比較重要的理論研究和工程實踐意義，同時還具有指導工程設計、運營維護等作用。

由于傳統的電阻式、壓磁式、振弦式等電信號測量裝置存在著許多缺陷，如在雷雨天氣或強磁場環境下受干擾嚴重，無法準確的測量土體的應力狀態變化，或因測試方向的單一性，無法測量土體各個方向的應力狀態，此外，目前多數土體應力傳感器無法與土體貼合密實，所以導致測量精度不夠準確。光纖光柵具有耐高溫、不受電磁干擾、體積小、精度高等特點，可以在嚴酷的工作環境下正常服役，很好的替代了一些傳統電測式傳感器。

實用新型內容

本實用新型的目的是解決現有技術中存在的問題，提供一種適應性強、精度高、制作成本低、適用范圍廣的基于光纖傳感技術的土體三向應力測量裝置。

為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：一種基于光纖傳感技術的土體三向應力測量裝置，包括感壓中空腔體，所述感壓中空腔體為多面體，在相對或相鄰的棱之間設置有通槽，所述通槽內用于安裝固定固端梁，固端梁內表面用于粘貼感應外部土壓力的光纖光柵傳感元件；在感壓中空腔體外表面設置有感壓液囊，所述感壓液囊用于傳遞土壓力給光纖光柵傳感元件；所述光纖光柵傳感元件通過光纖與外部的光纖光柵解調儀相連。

進一步的，還包括溫度補償光纖光柵，所述溫度補償光纖光柵粘貼于設置在感壓中空腔體內部的不受力梁上；不受力梁的一端鉸接于感壓中空腔體上，另一端為自由端。

優選的，所述感壓中空腔體為正六面體。

優選的，所述通槽設置于相對棱的中部，固端梁的兩端分別固定于棱上。

優選的，在正六面體的六個面上均固定有凹形槽，所述凹形槽用于安裝固定感壓液囊。

測試時，先在靜力狀態下讀取光纖光柵傳感元件的波長數值，記錄靜力狀態下的波長數據，在被測土坡或地基處進行鉆孔，待鉆孔到待測深處時，先在孔洞底部填一層約5cm厚的細砂，然后將此測量裝置放置孔洞內，使朝下凸起的感壓液囊與底層細砂充分接觸，再進行回填處理，待回填密實后開始對工作狀態下的光纖光柵波長進行數據記錄。工作時，土體通過與感壓液囊表面充分接觸，傳遞土壓力，在與土體充分接觸后密封液囊中的液體介質在土壓力的作用下將壓力傳遞給多面體感壓中空腔體中的固端梁，固端梁受到壓力而發生變形，固端梁的變形使得粘貼在固端梁內表面的光纖光柵傳感元件的中心波長發生變化，通過記錄中心波長的變化就可以得到固端梁發生的應變值，從而得出固端梁的變形量，然后根據均布荷載作用下固端梁的應力位移公式，可以計算出作用在固端梁上的均布荷載大小，這個均布荷載就可以認為是土壓力。因為感壓中空腔體設置有多個固端梁，可以測量至少三個方向軸上的六個土壓力變化值。為防止溫度帶來的波長漂移，對溫度補償光柵進行波長數據讀取，剔除溫度對光纖光柵傳感元件測量土體應力的影響。

本實用新型具有以下優點：