一种测量直埋式传感光缆和土体变形协调性的方法和设备技术

本发明专利技术公开了一种测量直埋式传感光缆和土体变形协调性的方法和设备，该方法通过竖向加载设备使得圆柱形试样发生竖向变形，采用位移计测量试样的竖向变形量，并计算试样的应变量；采用分布式光纤传感技术测量埋设于试样中心的传感光缆的应变分布，并采用求和平均的方法计算光缆应变；通过试样应变与光缆应变的比值计算土体和光缆之间的协调变形比。本发明专利技术的设备主要包括底座、压力室、加载帽、应力控制式的轴向加载设备、位移计、传感光缆、光频域反射解调仪、计算机和数据分析软件。本发明专利技术的方法原理简单，可以实现对多种土体、多种传感光缆进行测试，试验设备可重复使用，得到的协调变形比可直接用于传感光缆实测数据的修正。

【技术实现步骤摘要】
一种测量直埋式传感光缆和土体变形协调性的方法和设备
本专利技术属于岩土工程测试
，具体是一种测量直埋式传感光缆和土体变形协调性的方法和设备。
技术介绍
近年来，分布式光纤传感技术因其具有分布式监测、高灵敏度度、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点，在地质、土木、水利、矿山等领域得到广泛的应用。在地质与岩土工程监测领域，直埋式分布式光纤传感技术相较于传统的点式监测技术可以测得地质体应变、温度、含水量等多参数的分布信息，为研究工程地质问题和成因机理提供的新技术手段，例如地面沉降监测、滑坡监测、基坑安全监测等。直埋式传感光缆的安装是通过钻孔将光缆送入地质体中，之后通过钻孔回填实现光缆和地质体之间的协调变形。但是，由于光缆的弹性模量和地质体之间通常存在明显的差异，在采用直埋方式监测地质体变形时，光缆和地质体之间可能会出现应变不一致的问题。因此，在使用直埋式传感光缆监测地质体的变形时，需要掌握传感光缆和地质体协调变形的性能，进而对光缆测得的应变进行修正，为准确监测地质体的真实变形提供依据。土体作为工程中常见的地质体，土体变形对于工程安全和防灾减灾是非常重要的，而且由于土体与传感光缆的模量差异显著，掌握传感光缆与土体的变形协调性具有重要的理论价值和工程意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为评价和测试直埋式传感光缆和被测土体之间的协调变形性能提供一种测试方法和设备。该设备可以用直观的方式分别测量出传感光缆和被测土体的变形，通过对比、计算分析直埋式传感光缆与土体之间的协调变形性能，为准确监测岩土体的变形提供依据。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种测量直埋式传感光缆和土体变形协调性的方法，包括以下步骤：1)制作一个压力室，将传感光缆经所述压力室的底座引入压力室；根据试验要求对传感光缆适度预拉；制作圆柱形试样，填筑时需保持传感光缆位于圆柱形试样的中心，填筑过程中对试验用土进行击实，将传感光缆穿出试样上端部；2)将制作完成的试样包裹乳胶膜后，将传感光缆经所述底座穿出压力室；对压力室排气注水，向压力室施加压力σ3；3)根据试验设计调整围压σ3，之后通过加载杆给试样施加轴向偏应力σ1-σ3，令试样在轴向偏应力的作用下产生轴向压缩变形；4)施加轴向偏应力σ1-σ3过程中，利用安装在加载杆上的位移计测量试样的轴向变形量；同时采用OFDR解调仪测量埋设在试样中的传感光缆的应变分布；5)利用试样轴向变形量和传感光缆测量的应变分布计算协调变形比α，计算公式如下所示：其中，εf为测得的传感光缆应变分布；d为OFDR解调仪的采样间距；ε(i)为第i个采样点的应变；εs为位移计测得的试样应变；Δl为试样变形量；l为试样长度。进一步的，所述步骤1)中利用双瓣模采用分层填筑的方法制作圆柱形试样，填筑过程中需要使用击实锤对试验用土进行击实，该击实锤中心留有通孔，用于在击实过程中引出传感光缆。进一步的，在所述试样上端部和下端部都放置滤纸和透水石。进一步的，在加载杆和试样之间放置加载帽，将所述传感光缆依次穿过滤纸、透水石和加载帽，之后从加载帽侧边穿出。一种测量直埋式传感光缆和土体变形协调性的设备，包括由底座、侧壁和上盖形成的压力室，所述底座上放置试样，所述试样上端面放置加载帽；有加载杆穿过上盖伸入所述压力室，在所述加载杆上安装位移计；有传感光缆自底座向上穿过试样，并从试样上端面穿出，所述传感光缆末端穿过底座引出压力室；所述传感光缆一端连接至光频域反射解调仪(OpticalFrequencyDomainReflectometer，简称OFDR)；所述位移计和光频域反射解调仪均连接至计算机。进一步的，所述试样上端面和下端面分别放置透水石。进一步的，所述底座成凸字形。进一步的，所述加载帽上端面设置凹槽，所述凹槽用于定位加载杆。进一步的，所述侧壁采用硬性材料制作而成。进一步的，所述试样为圆柱形，所述试样中的传感光缆位于试样中心轴上。本专利技术公开的一种测量直埋式传感光缆和土体变形协调性的方法和设备，为探究传感光缆和土体变形协调性问题提供了一种全新的解决方案，为采用分布式光纤传感技术实现地面沉降高精度监测提供了试验依据，上述分布式光纤传感技术可以采用光纤布拉格光栅(fiberBragggrating，简称FBG)、布里渊光时域分析(Brillouinopticaltimedomainanalysis，简称BOTDA)、布里渊光频域分析(Brillouinopticalfrequencydomainanalysis，简称BOFDA)、布里渊光时域反射(Brillouinopticaltimedomainreflectometer，简称BOTDR)，但不限于上述分布式光纤传感技术。另外，该方法原理简单，试验设备可重复使用，并且可以模拟光缆类型、土类和埋藏深度等不同条件下的传感光缆与土体的变形协调性。附图说明图1是本专利技术一个实施例中测量直埋式传感光缆和土体协调变形的设备结构示意图；图2是本专利技术一个实施例中传感光缆测得的应变分布图；图3是本专利技术一个实施例中不同条件下位移计和传感光缆的协调变形比值图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术提出的一种测量直埋式传感光缆和土体变形协调性的方法和设备进行详细说明。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本专利技术的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本专利技术的保护范围。本专利技术公开了一种测量直埋式传感光缆和土体变形协调性的方法和设备，为了更好地实现该方法，专利技术人设计了一种测量直埋式传感光缆和土体变形协调性的设备。本实施例中，通过该设备说明该方法的实施过程。但需要说明的是，实现本申请的测量方法，并不局限于本申请所公开的测量设备。如图1所示，一种测量直埋式传感光缆和土体变形协调性的设备，包括由底座8、侧壁和上盖形成的压力室4，底座8上放置试样5，试样5上端面放置加载帽3；试样5上端面和加载帽3之间放置透水石7，试样5下端面和底座之间也放置透水石7。有加载杆穿1过上盖伸入压力室4，在加载杆1上安装位移计2；有传感光缆6自底座向上穿过试样5，并从试样5上端面穿出，传感光缆6末端穿过底座8至空气中；传感光缆6一端连接至光频域反射解调仪(OpticalFrequencyDomainReflectometer，简称OFDR)9；光频域反射解调仪9和位移计2连接至计算机10。本实施例中，底座8成凸字形。加载帽3上端面设置凹槽，凹槽用于定位加载杆1。侧壁采用硬性材料或软性材料制作而成。试样5为圆柱形，试样5中的传感光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量直埋式传感光缆和土体变形协调性的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)制作一个压力室，将传感光缆经所述压力室的底座引入压力室；根据试验要求对传感光缆适度预拉；制作圆柱形试样，填筑时需保持传感光缆位于圆柱形试样的中心，填筑过程中对试验用土进行击实，将传感光缆穿出试样上端部；/n2)将制作完成的试样包裹乳胶膜后，将传感光缆经所述底座穿出压力室；对压力室排气注水，向压力室内施加压力σ

【技术特征摘要】
1.一种测量直埋式传感光缆和土体变形协调性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制作一个压力室，将传感光缆经所述压力室的底座引入压力室；根据试验要求对传感光缆适度预拉；制作圆柱形试样，填筑时需保持传感光缆位于圆柱形试样的中心，填筑过程中对试验用土进行击实，将传感光缆穿出试样上端部；
2)将制作完成的试样包裹乳胶膜后，将传感光缆经所述底座穿出压力室；对压力室排气注水，向压力室内施加压力σ3；
3)根据试验设计调整围压σ3，之后通过加载杆给试样施加轴向偏应力σ1-σ3，令试样在轴向偏应力的作用下产生轴向压缩变形；
4)施加轴向偏应力σ1-σ3过程中，利用安装在加载杆上的位移计测量试样的轴向变形量；同时采用OFDR解调仪测量埋设在试样中的传感光缆的应变分布；
5)利用试样轴向变形量和传感光缆测量的应变分布计算协调变形比α，计算公式如下所示：









其中，εf为测得的传感光缆应变分布；d为OFDR解调仪的采样间距；ε(i)为第i个采样点的应变；εs为位移计测得的试样应变；Δl为试样变形量；l为试样长度。


2.根据权利要求1所述的测量直埋式传感光缆和土体变形协调性的方法，其特征在于，所述步骤1)中利用双瓣模采用分层填筑的方法制作圆柱形试样，填筑过程中需要使用击实锤对试验用土进行击实，该击实锤中心留有通孔，用于在击实过程中引出传感光缆。


3.根据权利要求1所述的测量直埋式传感光缆和土体变形协调性的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丹，吴冠中，方袁江，施斌，刘春，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32