一种滑移面感知锚杆及其监测方法技术

本发明专利技术公开了一种滑移面感知锚杆及其监测方法，该锚杆包括：纤维增强复合材料锚杆杆体、长周期光纤光栅传感器串、光纤光栅多点温度补偿辅助传感器、光纤接头保护套管、环氧树脂及铠装光缆。本发明专利技术通过在与岩面成一定角度且与水平面垂直的断面布置LPFG，不仅可测试锚杆在岩层不同深度处的应力、应变和损伤情况，同时也可利用LPFG的弯曲传感特性得出杆体弯曲曲率、弯曲方向以及弯曲变形，为边坡监测提供更具殷实的信息，便于分析边坡的稳固状态，实现在对滑坡滑面的探测时能持续采集数据，实行持续的动态监测。

【技术实现步骤摘要】
一种滑移面感知锚杆及其监测方法
本专利技术属于岩土工程安全监测
，具体指代一种滑移面感知锚杆及其监测方法。
技术介绍
我国每年由边坡岩石体局部或瞬态大变形乃至失稳滑动造成的经济损失巨大，因此，边坡工程的安全监测一直是岩土工程界的一个重要课题。目前，国内外应用于边坡安全监测的技术和方法很多，从传统的测斜管、压力计、雨量计、位移计、新型GPS、TDR和光纤传感器，都被大量运用于实际工程监测当中。传统监测技术在数字化、自动化和精度方面比较落后，易受到地形通视条件限制和气象条件的影响，工作量大，周期长，连续和实时观测能力较差。新型的光纤传感器监测技术，运用了新的测试原理，显示出更优异的性能，利用玻璃光纤作为传感和传导介质，封装后可以抗电磁干扰及地下水的腐蚀，寿命更长、精度更高。不仅能传感，而且也能用于传输数据，利于组网和实时监测，目前已经被广泛应用于结构的健康监测中。王宝军等探究了BOTDR技术对埋入土工织布的边坡形变稳定监测及早期破坏警报的可行性，发现将光纤依附于锚杆和框梁中时监测效果更好。特别的，通过连续的应变还能测算出其宏观的位移，这为我们对边坡监测提供了一种新的思路。
技术实现思路
针对于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种滑移面感知锚杆及其监测方法，以解决现有技术中传统监测技术在数字化、自动化和精度方面比较落后，易受到地形通视条件限制和气象条件的影响，工作量大，周期长，连续和实时观测能力较差的问题。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术的一种滑移面感知锚杆，包括：纤维增强复合材料锚杆杆体、长周期光纤光栅传感器串、光纤光栅多点温度补偿辅助传感器、光纤接头保护套管及铠装光缆；所述长周期光纤光栅传感器串及光纤光栅多点温度补偿辅助传感器设于纤维增强复合材料锚杆杆体的内部，且二者分别与铠装光缆连接；铠装光缆从纤维增强复合材料锚杆杆体内引出，并穿设于光纤接头保护套管之中，光纤接头保护套管套设于纤维增强复合材料锚杆杆体的一端。优选地，所述纤维增强复合材料锚杆杆体由纤维增强复合材料制成通长直杆形式并生成肋。优选地，所述长周期光纤光栅传感器串及光纤光栅多点温度补偿辅助传感器相互平行设置。优选地，所述长周期光纤光栅传感器串包含多个依次串联的长周期光纤光栅传感器，该长周期光纤光栅传感器包含第一套管、封装在第一套管内的第一光纤及刻写在第一光纤上的第一光栅，第一光纤的两端分别固定在第一套管的锚固段。优选地，所述光纤光栅多点温度补偿辅助传感器包含第二套管、封装在第二套管内的第二光纤和刻写在第二光纤上的第二光栅，第二光纤的一端固定在第二套管的锚固段，套管两端封闭。优选地，所述纤维增强复合材料锚杆杆体与光纤接头保护套管之间填充有环氧树脂。本专利技术的一种滑移面感知锚杆的监测方法，其采用上述滑移面感知锚杆，包括以下步骤：(1)根据边坡所处位置的地质状况、边坡等级、支护结构的特点和工程环境，在可能出现滑坡、崩塌的剖面线上布设监测点进行长时间的变形监测；(2)布设于边坡不同位置的纤维增强复合材料锚杆杆体内的传感器，通过引出的铠装光缆汇集到光纤光栅解调仪，形成监测传感网络；同一个纤维增强复合材料锚杆杆体内的光栅将输送到同一个通道，光纤光栅解调仪的每个通道根据其连接光栅数量的能力，用藕合器同时连接多个纤维增强复合材料锚杆杆体；(3)连接各纤维增强复合材料锚杆杆体的光纤光栅解调仪与电脑终端相连，并通过监测系统软件，构建边坡监测系统各纤维增强复合材料锚杆杆体的传感感知，光纤光栅解调仪用于数据采集，监测软件系统则实现对数据的分析、边坡稳定状态的评估和预警功能；(4)各纤维增强复合材料锚杆杆体中的长周期光纤光栅传感器在各自标距内的波长读数由对应的光纤光栅多点温度补偿辅助传感器进行相应位置的精确温度补偿，转化为标距内的平均应变值以获取沿纤维增强复合材料锚杆杆体纵向方位的应变分布，然后利用长周期光纤光栅传感器的弯曲传感特性计算垂直纤维增强复合材料锚杆杆体弯曲方向的压应力以精确找出滑移断面并分析坡体的内部滑移状态。优选地，所述纤维增强复合材料锚杆杆体的杆长L，长周期光纤光栅传感器在杆体距锚固端处进行加密处理，剩余部分相应地稀疏布设。优选地，所述步骤(2)中还包括：每个通道内不能有波长相同或接近的光栅。优选地，所述方法还包括：采用有一定时间间隔的持续性监测，获得边坡变形的实时连续变化特征。本专利技术的有益效果：1、本专利技术所用的基于长周期光纤光栅传感器串的锚杆传感器原理简单可靠，监测方法新颖巧妙。本专利技术不仅可以利用安装在锚杆上的长周期光纤光栅传感器测量其标距内的平均应变，根据锚杆沿长度方向的应变分布得到锚杆某一标距范围乃至全长的伸长压缩量，还可以通过锚杆内长周期光纤光栅传感器的弯曲敏感特性得到锚杆的弯曲曲率，进而分析边坡滑坡滑面的变形；2、本专利技术的长周期光纤光栅传感器串由多个串联的长周期光纤光栅传感器组成，能测量不同深度的锚杆的应变和轴力情况，在长周期光纤光栅传感器加密的杆长部分更能准确并精确地反映坡体内部变形状态；3、本专利技术的边坡监测，可通过将铠装光缆引线穿过光纤保护盒引至位于安全位置的光纤光栅采集仪，并由计算机程序控制自动采集和分析；4、本专利技术所用的纤维增强复合材料锚杆杆体制作工艺简单、造价低廉且布设方便。锚杆在边坡内的布设既可以用作监测，也可以作为受力杆件起加固支护作用且有着广阔的应用前景和良好的经济效益；5、纤维增强复合材料锚杆与钢筋相比具有良好的耐久性，可应用到一些钢筋易遭受严重腐蚀的场合。各光纤传感器与锚杆一体化封装以后更是能适用于环境侵蚀，具有很好的耐久性和广泛的适用性；6、本专利技术的测试精度高，其应变测试精度可达1με；7、本专利技术的监测方法，可作为边坡在施工开挖和形成边坡后以及易滑坡山体的滑坡滑面探测，采用有一定时间间隔的持续性监测。附图说明图1为本专利技术锚杆的构造示意图。图2为图1中Ⅰ-Ⅰ截面的横向剖视图。图3为图1中Ⅱ-Ⅱ截面的横向剖视图。图4为图1中Ⅲ-Ⅲ截面的横向剖视图。图5为本专利技术监测方法的原理图。图6为弯曲光纤示意图。具体实施方式为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本专利技术作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本专利技术的限定。参照图1至图4所示，本专利技术的一种滑移面感知锚杆，包括：纤维增强复合材料锚杆杆体3、长周期光纤光栅传感器(LPFG)串1、光纤光栅多点温度补偿辅助传感器2、光纤接头保护套管5、环氧树脂6及铠装光缆7；所述长周期光纤光栅传感器(LPFG)串1及光纤光栅多点温度补偿辅助传感器2设于纤维增强复合材料锚杆杆体3的内部，且二者分别与铠装光缆7连接；铠装光缆7从纤维增强复合材料锚杆杆体3内引出，并穿设于光纤接头保护套管5之中，光纤接头保护套管套设于纤维增强复合材料锚杆杆体的一端；纤维增强复合材料锚杆杆体与光纤接头保护套管之间填充有环氧树脂，以确保二者之间的连接。其中，所述纤维增强复合材料锚杆杆体由纤维增强复合材料制成通长直杆形式并生成肋4。其中，所述长周期光纤光栅传感器串及光纤光栅多点温度补偿辅助传感器相互平行设置。其中，所述长周期光纤光栅传感器串包含多个依次串联的长周期光纤光栅传感器，该长周期光纤光栅传感器包含第一套管、封装在第一套管内的第一光纤及刻写在第一光纤上的第一光栅，第一光纤的两端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种滑移面感知锚杆，其特征在于，包括：纤维增强复合材料锚杆杆体、长周期光纤光栅传感器串、光纤光栅多点温度补偿辅助传感器、光纤接头保护套管及铠装光缆；所述长周期光纤光栅传感器串及光纤光栅多点温度补偿辅助传感器设于纤维增强复合材料锚杆杆体的内部，且二者分别与铠装光缆连接；铠装光缆从纤维增强复合材料锚杆杆体内引出，并穿设于光纤接头保护套管之中，光纤接头保护套管套设于纤维增强复合材料锚杆杆体的一端。

【技术特征摘要】
1.一种滑移面感知锚杆，其特征在于，包括：纤维增强复合材料锚杆杆体、长周期光纤光栅传感器串、光纤光栅多点温度补偿辅助传感器、光纤接头保护套管及铠装光缆；所述长周期光纤光栅传感器串及光纤光栅多点温度补偿辅助传感器设于纤维增强复合材料锚杆杆体的内部，且二者分别与铠装光缆连接；铠装光缆从纤维增强复合材料锚杆杆体内引出，并穿设于光纤接头保护套管之中，光纤接头保护套管套设于纤维增强复合材料锚杆杆体的一端。2.根据权利要求1所述的滑移面感知锚杆，其特征在于，所述纤维增强复合材料锚杆杆体由纤维增强复合材料制成通长直杆形式并生成肋。3.根据权利要求1所述的滑移面感知锚杆，其特征在于，所述长周期光纤光栅传感器串及光纤光栅多点温度补偿辅助传感器相互平行设置。4.根据权利要求1至3中任意一项所述的滑移面感知锚杆，其特征在于，所述长周期光纤光栅传感器串包含多个依次串联的长周期光纤光栅传感器，该长周期光纤光栅传感器包含第一套管、封装在第一套管内的第一光纤及刻写在第一光纤上的第一光栅，第一光纤的两端分别固定在第一套管的锚固段。5.根据权利要求1至3中任意一项所述的滑移面感知锚杆，其特征在于，所述光纤光栅多点温度补偿辅助传感器包含第二套管、封装在第二套管内的第二光纤和刻写在第二光纤上的第二光栅，第二光纤的一端固定在第二套管的锚固段，套管两端封闭。6.根据权利要求1至3中任意一项所述的滑移面感知锚杆，其特征在于，所述纤维增强复合材料锚杆杆体与光纤接头保护套管之间填充有环氧树脂。7.一种滑移面感知锚杆的监测方法，其特征在于，采用上述权利要求1至6中任意一项滑移面感知锚杆，包括以下步骤：(1)根据边坡所处位置的地质...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁洪强，高俊启，魏路楠，王召强，徐玉晓，任强，曾武亮，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32