桩网结构土工格栅挠度分布的测试装置和方法
【专利摘要】本发明公开了一种桩网结构土工格栅挠度分布的测试装置和方法。单模单芯裸光纤中部外包裹有环氧树脂，单模单芯裸光纤通过防水胶带沿直线固定平行绑在土工格栅肋条上，单模单芯裸光纤的两端经单模单芯铠装光纤分别连接到光纳仪的两端，单模单芯裸光纤的两端与单模单芯铠装光纤连接处套有热缩套管。将装置固装在土工格栅肋条上；对于任意一段土工格栅肋条上的单模单芯裸光纤，进行标定得到分布式光纤布里渊频率标定系数；将土工格栅埋入土中，通过测量布里渊频率转化为应变分布，再计算得到土工格栅挠度分布。本发明能通过测试所得到的土工格栅应变分布转换成土工格栅挠度分布，为对桩网结构地基处理技术的研发提供了更进一步的测试依据。
【专利说明】粧网结构土工格栅挠度分布的测试装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种土工格栅的测试装置和方法，尤其是涉及到一种桩网结构土工格 栅挠度分布的测试装置和方法，通过测试所得到的土工格栅应变分布转换成土工格栅挠度 分布。
【背景技术】
[0002] 桩网结构地基处理技术在实际工程中得到了广泛的运用，主要包括桩身（通常带 有大直径托板桩帽）和加筋垫层，作为一种快速、经济的地基处理技术，广泛运用于桥梁过 渡段路基、挡土墙、油罐槽、高速公路、高速铁路等工程。由于桩土刚度的差异，桩土之间通 常形成差异沉降，因此在桩顶桩间上部土体之间形成剪应力面，而将更多的荷载传递到桩 身上方，形成所谓的土拱效应。土工格栅是加筋垫层中常用的一种筋材，土工格栅在上部荷 载作用下，通常会发生弯曲变形，从而将更多的荷载转移到桩身上。目前对土工格栅的加筋 作用机理认识还是很不够充分，其主要原因就是桩帽之间的土工格栅挠度分布通过现有的 测试技术无法测试得到，土工格栅的挠度测试是非常困难的，尤其是土工格栅的挠度分布 的测试，目前为止还没有有效的方法测试土工格栅挠度分布。
[0003] 在计算土工格栅拉力时，通常需要假设格栅的弯曲变形形状。然而这种基于假设 得到的计算方法，在试验研究中已经被证明准确度远远无法满足要求。因此有必要测试土 工格栅在加筋垫层中的挠度分布，以为进一步的理论推导提供基本的实测数据基础。
[0004] 目前测试土工格栅挠度，主要是基于传统的沉降板测试桩间中心处的土工格栅沉 降值，再通过假设土工格栅的变形形式（抛物线、悬链线等）得到格栅的挠度分布。很明显 这种测试方法仅仅测试了桩间中心的挠度，且沉降板通常比较大，其测试所得到的桩间中 心挠度能否代表单点的挠度值，有待商榷。
【发明内容】
[0005] 为了获得土工格栅挠度分布，解决桩网结构研究中的重要关注问题，本发明的目 的在于提供一种桩网结构土工格栅挠度分布的测试装置和方法，应用于测试桩网结构地基 处理技术。
[0006] 本发明采用的技术方案是：
[0007] -、一种桩网结构土工格栅挠度分布的测试装置：
[0008] 包括单模单芯裸光纤、单模单芯铠装光纤和热缩套管，单模单芯裸光纤中部外包 裹有环氧树脂，单模单芯裸光纤通过防水胶带沿直线固定平行绑在土工格栅肋条上，单模 单芯裸光纤的两端经单模单芯铠装光纤分别连接到光纳仪的两端，单模单芯裸光纤的两端 与单模单芯铠装光纤连接处套有热缩套管。
[0009] 所述的单模单芯裸光纤固定在位于桩帽中间的土工格栅肋条上。
[0010] 所述的光纳仪采用基于PPP-B0TDA的光纳仪。
[0011] 二、一种桩网结构土工格栅挠度分布的测试方法：
[0012] 1)安装固定：将所述装置固定安装在桩帽上的土工格栅肋条上；
[0013] 2)对光纤的标定：对于任意一段土工格栅肋条上的单模单芯裸光纤，在恒温室内 的环境下用万能试验机进行标定，得到土工格栅肋条应变的分布式光纤布里渊频率标定系 数；
[0014] 3)现场测试：将步骤1)所述安装完成的土工格栅埋入土中，通过测量布里渊频率 转化为应变分布，再计算得到土工格栅挠度分布。
[0015] 所述的步骤1)具体包括：
[0016] 1. 1)用防水胶带将单模单芯裸光纤沿直线平行固定绑在位于桩帽中间的土工格 栅肋条上，使得单模单芯裸光纤与土工格栅肋条协调变形；
[0017] 1. 2)将两根单模单芯铠装光纤的一端熔接在单模单芯裸光纤的两端，用热缩套管 保护烙接点；
[0018] 1. 3)将两根单模单芯铠装光纤的另一端分别连接到光纳仪的两端；
[0019] 1. 4)将环氧树脂均匀涂抹在固定有单膜单芯裸光纤的土工格栅肋条表面；
[0020] 1. 5)待环氧树脂静置24小时后固化，完成单模单芯裸光纤的安装。
[0021] 所述的步骤3)具体包括：
[0022] 3. 1)将步骤1)所述安装完成的土工格栅埋入土中，采集光纤数据获得布里渊频 率初值Vbq ;
[0023] 3. 2)将采集得到的各时刻的光纤布里渊频率vBt与光纤布里渊频率初值Vbci相减， 得到裸光纤布里渊频率变化值Avb ;
[0024] 3. 3)再利用单模单芯铠装光纤的布里渊频率变化值对步骤3. 2)得到的裸光纤布 里渊频率变化值Avb进行温度补偿，得到温度补偿后的裸光纤布里渊频率差值为Av' B;
[0025] 3. 4)根据所述步骤2)标定得到的土工格栅肋条应变的分布式光纤布里渊频率标 定系数将裸光纤布里渊频率差值Av' B转换成为应变，得到土工格栅的应变分布；
[0026] 3. 5)对土工格栅的应变分布进行计算得到土工格栅挠度分布。
[0027] 所述的步骤3. 5)采用以下方式进行计算：
[0028] 3. 5. 1)根据PPP-B0TDA测试的空间分辨率S z将桩帽上方的土工格栅肋条分为多 个微段，每个微段长度均为空间分辨率S z，两个桩帽之间共分成s/ S z个微段，其中s为桩 帽中心间距，第k个微段的格栅挠度yk采用以下公式1进行计算：
【权利要求】
1. 一种桩网结构土工格栅挠度分布的测试装置，其特征在于：包括单模单芯裸光纤 (2)、单模单芯铠装光纤（3)和热缩套管（6)，单模单芯裸光纤（2)中部外包裹有环氧树脂 (5)，单模单芯裸光纤（2)通过防水胶带（4)沿直线固定平行绑在土工格栅肋条（1)上，单 模单芯裸光纤（2)的两端经单模单芯铠装光纤（3)分别连接到光纳仪（7)的两端，单模单 芯裸光纤（2)的两端与单模单芯铠装光纤（3)连接处套有热缩套管（6)。
2. 根据权利要求1所述的一种桩网结构土工格栅挠度分布的测试装置，其特征在于： 所述的单模单芯裸光纤（2)固定在位于桩帽中间的土工格栅肋条（1)上。
3. 根据权利要求1所述的一种桩网结构土工格栅挠度分布的测试装置，其特征在于： 所述的光纳仪（7)采用基于PPP-BOTDA的光纳仪。
4. 用于实施权利要求1?3任一所述装置的一种桩网结构土工格栅挠度分布的测试方 法，其特征在于： 1) 安装固定：将所述装置固定安装在桩帽上的土工格栅肋条（1)上； 2) 对光纤的标定：对于任意一段土工格栅肋条（1)上的单模单芯裸光纤（2)，在恒温室 内的环境下用万能试验机进行标定，得到土工格栅肋条应变的分布式光纤布里渊频率标定 系数； 3) 现场测试：将步骤1)所述安装完成的土工格栅埋入土中，通过测量布里渊频率转化 为应变分布，再计算得到土工格栅挠度分布。
5. 根据权利要求3所述的一种桩网结构土工格栅挠度分布的测试方法，其特征在：所 述的步骤1)具体包括： 1. 1)用防水胶带（4)将单模单芯裸光纤（2)沿直线平行固定绑在位于桩帽中间的土工 格栅肋条（1)上，使得单模单芯裸光纤（2)与土工格栅肋条（1)协调变形； 1.2) 将两根单模单芯铠装光纤（3)的一端熔接在单模单芯裸光纤（2)的两端，用热缩 套管（6)保护熔接点； 1. 3)将两根单模单芯铠装光纤（3)的另一端分别连接到光纳仪（7)的两端； 1.4)将环氧树脂（5)均匀涂抹在固定有单膜单芯裸光纤（2)的土工格栅肋条（1)表 面； 1. 5)待环氧树脂静置24小时后固化，完成单模单芯裸光纤的安装。
6. 根据权利要求3所述的一种桩网结构土工格栅挠度分布的测试方法，其特征在：所 述的步骤3)具体包括： 3. 1)将步骤1)所述安装完成的土工格栅埋入土中，采集光纤数据获得布里渊频率初 值vB0 ; 3. 2)将采集得到的各时刻的光纤布里渊频率vBt与光纤布里渊频率初值vB(l相减，得到 裸光纤布里渊频率变化值AvB ; 3.3) 再利用单模单芯铠装光纤（3)的布里渊频率变化值对步骤3. 2)得到的裸光纤布 里渊频率变化值AvB进行温度补偿，得到温度补偿后的裸光纤布里渊频率差值为Av' B; 3.4) 根据所述步骤2)标定得到的土工格栅肋条应变的分布式光纤布里渊频率标定系 数将裸光纤布里渊频率差值Av'B转换成为应变，得到土工格栅的应变分布； 3. 5)对土工格栅的应变分布进行计算得到土工格栅挠度分布。
7. 根据权利要求6所述的一种桩网结构土工格栅挠度分布的测试方法，其特征在：所 述的步骤3. 5)采用以下方式进行计算： 3. 5. 1)根据PPP-BOTDA测试的空间分辨率Sz将桩帽上方的土工格栅肋条分为多个微 段，每个微段长度均为空间分辨率Sz，两个桩帽之间共分成s/Sz个微段，其中s为桩帽中 心间距，第k个微段的格栅挠度yk采用以下公式1进行计算：
上式中，m表不第k个微段土工格栅肋条之前的各个微段序号，△ym为第m个微段的挠 度增量； 3. 5. 2)分别从两侧桩帽中心开始进行计算挠度分布，得到距离左侧桩帽中心的第匕个 微段的挠度yk产和距离右侧桩帽中心的第k2个微段的挠度yk2$，满足h+k2 =s/Sz ; 当最小时所在的挠度最大，当最小时距离左侧桩帽中心所在的第& 个微段记为第k':个微段，当_jf2|最小时距离右侧桩帽中心所在的第k2个微段记为 第k' 2个微段，则挠度最大点到左侧桩帽中心的距离为k' 到右侧桩帽中心的距离为 k/26z； 3. 5. 3)距离左侧桩帽中心的第k个微段与左侧桩帽中心之间的距离为kSz，当kSz 小于k' :Sz时，采用上述公式1从左侧桩帽中心开始进行计算，得到土工格栅挠度；当 kSz大于k' :Sz时，采用上述公式1从右侧桩帽中心开始进行计算，得到土工格栅挠度。
8. 根据权利要求7所述的一种桩网结构土工格栅挠度分布的测试方法，其特征在：所 述的步骤3. 5. 1)中第m个微段的挠度增量Aym具体采用以下公式2计算：
上式中，m表示第k个微段土工格栅肋条之前的各个微段序号，△lm为各微段的伸长 量。
9. 根据权利要求8所述的一种桩网结构土工格栅挠度分布的测试方法，其特征在：所 述的第m个微段的伸长量△lm根据测试得到的土工格栅肋条应变分布采用以下公式3计 算： 八lm = e m 3 z ⑶ 其中，％距离桩帽中心的第m个微段的应变。
【文档编号】G01B11/16GK104406536SQ201410735881
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月5日 优先权日:2014年12月5日
【发明者】陈仁朋, 汪焱卫, 杨国涛, 冯建波, 王瀚霖, 陈金苗 申请人:浙江大学, 中国铁路总公司