[發(fā)明專利]一種基于光纖監(jiān)測(cè)的錨桿受力監(jiān)測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210297589.0
• 申請(qǐng)日: 2022-03-15
• 公開（公告）號(hào): CN114705335A
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李許偉;陶俊;馬翔;黃瑞;劉政;余光成;曾接兵;鞏思園;常笑笑;趙猛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L1/24
• 分類號(hào): G01L1/24;G01L5/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開了一種基于光纖監(jiān)測(cè)的錨桿受力監(jiān)測(cè)方法。本方法通過在錨桿桿體表面沿軸向布置三個(gè)互成120°的凹槽，在每個(gè)凹槽內(nèi)各布設(shè)一根光纖，通過對(duì)錨桿任意截面上凹槽處光纖變形的監(jiān)測(cè)來(lái)獲取錨桿任意截面凹槽處的軸向應(yīng)變。根據(jù)推導(dǎo)得到的錨桿任意截面上的軸力、錨桿彎矩和彎矩方向與三個(gè)凹槽處軸向應(yīng)變之間的關(guān)系式，可以計(jì)算得到錨桿任意截面承受的軸力、彎矩和彎矩方向。因此，通過采用光纖對(duì)錨桿軸向應(yīng)變進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)錨桿任意截面受力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)而可以指導(dǎo)分析錨桿的工作狀態(tài)和對(duì)圍巖的加固效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種錨桿全長(zhǎng)受力監(jiān)測(cè)方法，屬于邊坡、巷道和基坑錨固工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)

錨桿支護(hù)是巖石邊坡、巷道圍巖和基坑加固的主要技術(shù)手段之一。通過在巖體中打設(shè)錨桿，將開挖空間表層不穩(wěn)定巖層錨固于深層穩(wěn)定巖層，改善表層巖體受力狀態(tài)，進(jìn)而提高其整體強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖體的加固。在巖體變形過程中，錨桿會(huì)承受拉剪變形，進(jìn)而產(chǎn)生軸力和彎矩。在工程現(xiàn)場(chǎng)，由于巖體的變形是復(fù)雜多樣的，錨桿不同區(qū)段的實(shí)際承載狀態(tài)也是復(fù)雜多樣的。為了分析錨桿的工作狀態(tài)和對(duì)巖體的加固效果，必須要知道其受力狀態(tài)。所以，在實(shí)際應(yīng)用中，必須要對(duì)錨桿的受力狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)錨固效果的有效評(píng)估和對(duì)錨桿支護(hù)方案的及時(shí)優(yōu)化。

目前，對(duì)于錨桿受力狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，一般采取在錨桿表面安裝應(yīng)變片的方式進(jìn)行。該方式主要存在以下問題：(1)應(yīng)變片的尺寸一般較大，無(wú)法在錨桿表面進(jìn)行密集布設(shè)；(2)為了保護(hù)應(yīng)變片以及使應(yīng)變片與錨桿表面密切接觸，有時(shí)需要先對(duì)錨桿進(jìn)行打磨或刻槽處理，然后將應(yīng)變片布設(shè)在錨桿表面打磨位置或刻設(shè)的凹槽內(nèi)，由于布設(shè)應(yīng)變片的凹槽較大，會(huì)極大地減少錨桿的有效橫截面積，進(jìn)而降低錨桿強(qiáng)度；(3)由于每個(gè)應(yīng)變片都需要用導(dǎo)線與外部的應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相連接，而導(dǎo)線一般較粗，多根導(dǎo)線將會(huì)嚴(yán)重占用錨桿與鉆孔之間的錨固空間，進(jìn)而影響錨桿錨固質(zhì)量；(4)在安裝過程中，應(yīng)變片導(dǎo)線容易與鉆孔孔壁發(fā)生摩擦，進(jìn)而可能造成應(yīng)變片破壞失效，安裝難度較高；(5)采用應(yīng)變片一般只能監(jiān)測(cè)錨桿的軸力，而無(wú)法監(jiān)測(cè)彎矩(或只能監(jiān)測(cè)特定方向的彎矩)，更無(wú)法監(jiān)測(cè)彎矩方向，因而無(wú)法全面監(jiān)測(cè)錨桿不同區(qū)段真實(shí)的受力狀態(tài)。

針對(duì)錨桿受力狀態(tài)監(jiān)測(cè)的特殊要求和光纖監(jiān)測(cè)應(yīng)變的優(yōu)勢(shì)，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)的錨桿全長(zhǎng)應(yīng)變和受力狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，通過特殊的監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)和理論推導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)錨桿任意截面上的軸力、彎矩和彎矩方向等受力狀態(tài)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

1、要解決的問題

錨桿不同截面位置的受力狀態(tài)可能存在差異，為了有效分析和評(píng)估錨桿的工作狀態(tài)和加固效果，需要監(jiān)測(cè)分析錨桿不同位置的受力狀態(tài)。由于應(yīng)變片尺寸和錨桿孔直徑的限制，在實(shí)際應(yīng)用中不可能在錨桿表面沿軸向密集布設(shè)大量應(yīng)變片，所以也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)錨桿不同截面受力狀態(tài)的有效監(jiān)測(cè)。此外，錨桿截面上的受力狀態(tài)參量包括軸力和彎矩大小以及彎矩方向，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)以上三個(gè)受力狀態(tài)參量的監(jiān)測(cè)，需要在同一個(gè)截面的不同位置布設(shè)多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。同樣地，由于應(yīng)變片尺寸和應(yīng)變片導(dǎo)線的影響，在錨桿同一個(gè)截面的不同位置布設(shè)多個(gè)應(yīng)變片進(jìn)行監(jiān)測(cè)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

2、技術(shù)方案

為解決上述問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。

一種基于光纖監(jiān)測(cè)的錨桿受力監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟：