本發(fā)明涉及一種光纖光柵的圍巖內(nèi)部應變監(jiān)測方法，屬于光纖光柵傳感監(jiān)測技術領域。

背景技術：

地下工程的開挖破壞了原有的應力平衡狀態(tài)，引起了圍巖內(nèi)部應力重新分布，誘發(fā)了巖體破壞、變形失穩(wěn)等地質災害，因此，對圍巖土體采動、開挖條件下的應變監(jiān)測有意義。為了得到圍巖結構的應變分布規(guī)律，通常在圍巖表面布設應變片，但是應變片無法監(jiān)測圍巖內(nèi)部應變。光纖光柵傳感器以其體積小、靈敏度高以及易于埋入式測量等優(yōu)良特性，能夠實現(xiàn)圍巖內(nèi)部應變的監(jiān)測。由于裸光纖光柵傳感器直徑只有125μm，抗剪性能差，裸光纖光柵傳感器在埋入圍巖內(nèi)部的過程中，如何一直保持受拉狀態(tài)，避免受剪脆斷，是需要解決的問題。本專利涉及一種光纖光柵的圍巖內(nèi)部應變監(jiān)測方法，提出了預拉裸光纖光柵埋入式裝置設計方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種光纖光柵的圍巖內(nèi)部應變監(jiān)測方法。

本發(fā)明采用的技術方是：

一種光纖光柵的圍巖內(nèi)部應變監(jiān)測方法，利用裸光纖光柵預拉裝置監(jiān)測圍巖內(nèi)部應變變化情況，實現(xiàn)圍巖內(nèi)部變形特征和損傷機理的監(jiān)測。

光纖光柵預拉裝置包括裸光纖光柵傳感器、u型不銹鋼試件、金屬墊片和封裝鋼管；

在u型不銹鋼試件兩端u形邊框上開設圓孔，將裸光纖光柵傳感器兩端貫穿圓孔，在u形邊框外側面抵接有封裝鋼管，用封裝膠將封裝鋼管套接在裸光纖光柵傳感器上，然后在封裝鋼管與u形邊框之間卡入金屬墊片，使裸光纖光柵傳感器緊繃。

將裸光纖光柵預拉裝置埋入圍巖內(nèi)部，監(jiān)測圍巖內(nèi)部壓應變變化；由于光纖光柵傳感器對拉應變敏感，通過建立預應力，所測圍巖內(nèi)部的壓應變實為光纖光柵傳感器減小的拉應變。

本發(fā)明的優(yōu)點如下：

1、在外荷載的作用下，圍巖內(nèi)部為壓應變變化。但是光纖光柵傳感器對拉應變敏感，通過預埋裸光纖光柵預拉裝置，所測圍巖內(nèi)部的壓應變實為光纖光柵傳感器減小的拉應變，保證測量結果的準確性。

2、裸光纖光柵傳感器抗剪性能差，容易脆斷，光纖光柵預拉裝置能夠使傳感器一直處于受拉狀態(tài)，保證光纖光柵傳感器的存活率。

3、該裝置能夠保證光纖光柵處于軸線方向，減少非軸向力的影響，由于采用裸光纖光柵傳感器，應變靈敏度系數(shù)為1.2pm/με，保證監(jiān)測結果的準確性。

4、該裝置能夠埋入圍巖內(nèi)部，通過圍巖內(nèi)部應變變化情況監(jiān)測，實現(xiàn)圍巖內(nèi)部變形特征和損傷機理研究。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的埋入式裸光纖光柵預拉裝置。

圖2是本發(fā)明的金屬墊片。

圖3是本發(fā)明的封裝鋼管。

具體實施方式

結合附圖1-3對本裝置的實例進行詳細說明如下：

一種光纖光柵的圍巖內(nèi)部應變監(jiān)測方法，利用裸光纖光柵預拉裝置監(jiān)測圍巖內(nèi)部應變變化情況，實現(xiàn)圍巖內(nèi)部變形特征和損傷機理的監(jiān)測。

光纖光柵預拉裝置包括裸光纖光柵傳感器1、u型不銹鋼試件2、金屬墊片5和封裝鋼管4；

在u型不銹鋼試件2兩端u形邊框上開設圓孔，將裸光纖光柵傳感器1兩端貫穿圓孔，在u形邊框外側面抵接有封裝鋼管4，用封裝膠3將封裝鋼管4套接在裸光纖光柵傳感器上，然后在封裝鋼管4與u形邊框之間卡入金屬墊片5，使裸光纖光柵傳感器緊繃。

將裸光纖光柵預拉裝置埋入圍巖內(nèi)部，監(jiān)測圍巖內(nèi)部壓應變變化；由于光纖光柵傳感器對拉應變敏感，通過建立預應力，所測圍巖內(nèi)部的壓應變實為光纖光柵傳感器減小的拉應變。

將裸光纖光柵預拉裝置埋入圍巖內(nèi)部，由于裸光纖光柵傳感器在埋入的過程中始終承受拉力，避免受剪破壞，保證傳感器的存活率。

光纖光柵預拉裝置與光纖光柵解調(diào)儀組成采集系統(tǒng)，采用裸光纖光柵傳感器，傳感器的應變靈敏度系數(shù)為1.2pm/με，監(jiān)測數(shù)據(jù)準確。

一種埋入式裸光纖光柵預拉裝置，構件的尺寸及材料如下：

1、u型試件材料為不銹鋼，尺寸為100×200×50mm³，厚度為5mm，鋼板鉆孔，直徑為20mm，如圖1。

2、金屬墊片材料為碳素鋼，外徑為30mm，內(nèi)徑為10mm，厚度為3、4、5、6、7mm厚若干，開洞尺寸及形狀如圖2。

3、封裝鋼管直徑為15mm，長度為40mm，采用353nd型光纖封裝膠。

埋入式裸光纖光柵預拉裝置的安裝方式為：首先，采用鋼管封裝裸光纖光柵傳感器；其次，把光纖光柵傳感器連接光纖光柵解調(diào)儀；接著，把封裝光纖光柵傳感器的鋼管端穿過孔壁，使傳感器處于拉伸狀態(tài)，將合適厚度(3、4、5、6、7mm)的開洞金屬墊片插入鋼管和u型不銹鋼試件孔壁之間，保證光纖光柵反射波長漂移100pm左右，成功制作埋入式裸光纖光柵預拉裝置。

用兩段鋼管封裝裸光纖光柵傳感器。采用353nd型光纖封裝膠，光纖光柵傳感器標距范圍為210mm，利用光纖試驗臺，實現(xiàn)裸光纖光柵傳感器封裝處理。

由于u型不銹鋼試件的孔壁直徑大于封裝鋼管直徑，將封裝光纖光柵傳感器的鋼管端穿過孔壁，保持光纖光柵傳感器平行u型不銹鋼試件底板，考慮材料尺寸和安裝誤差，將合適的厚度(3、4、5、6、7mm)的開洞金屬墊片插入鋼管和u型試件孔壁，施加預應力，并相互夾緊。

在建立預應力的過程中，光纖光柵傳感器通過跳線連接光纖光柵解調(diào)儀，當光纖光柵反射波長漂移100pm左右，即認為建立的預應力在合理范圍，此時光纖光柵傳感器產(chǎn)生應變?yōu)?0με。

將裸光纖光柵預拉裝置埋入圍巖內(nèi)部，監(jiān)測測點應變變化情況。

技術特征：

技術總結
本發(fā)明涉及一種光纖光柵的圍巖內(nèi)部應變監(jiān)測方法。通過裸光纖光柵傳感器、U型不銹鋼試件、金屬墊片和封裝鋼管，組建光纖光柵預拉裝置。預埋光纖光柵預拉裝置，所測圍巖內(nèi)部的壓應變?yōu)楣饫w光柵傳感器減小的拉應變。光纖光柵傳感器在整個監(jiān)測過程中一直處于受拉狀態(tài)，保證了測量結果的準確性，提高了光纖光柵傳感器的存活率。

技術研發(fā)人員：孫麗;李闖;張春巍;蘇中新;徐自強
受保護的技術使用者：沈陽建筑大學
技術研發(fā)日：2017.06.27
技術公布日：2017.09.22