一种光纤光栅的围岩内部应变监测方法与流程

本发明涉及一种光纤光栅的围岩内部应变监测方法，属于光纤光栅传感监测技术领域。

背景技术：

地下工程的开挖破坏了原有的应力平衡状态，引起了围岩内部应力重新分布，诱发了岩体破坏、变形失稳等地质灾害，因此，对围岩土体采动、开挖条件下的应变监测有意义。为了得到围岩结构的应变分布规律，通常在围岩表面布设应变片，但是应变片无法监测围岩内部应变。光纤光栅传感器以其体积小、灵敏度高以及易于埋入式测量等优良特性，能够实现围岩内部应变的监测。由于裸光纤光栅传感器直径只有125μm，抗剪性能差，裸光纤光栅传感器在埋入围岩内部的过程中，如何一直保持受拉状态，避免受剪脆断，是需要解决的问题。本专利涉及一种光纤光栅的围岩内部应变监测方法，提出了预拉裸光纤光栅埋入式装置设计方法。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种光纤光栅的围岩内部应变监测方法。

本发明采用的技术方是：

一种光纤光栅的围岩内部应变监测方法，利用裸光纤光栅预拉装置监测围岩内部应变变化情况，实现围岩内部变形特征和损伤机理的监测。

光纤光栅预拉装置包括裸光纤光栅传感器、u型不锈钢试件、金属垫片和封装钢管；

在u型不锈钢试件两端u形边框上开设圆孔，将裸光纤光栅传感器两端贯穿圆孔，在u形边框外侧面抵接有封装钢管，用封装胶将封装钢管套接在裸光纤光栅传感器上，然后在封装钢管与u形边框之间卡入金属垫片，使裸光纤光栅传感器紧绷。

将裸光纤光栅预拉装置埋入围岩内部，监测围岩内部压应变变化；由于光纤光栅传感器对拉应变敏感，通过建立预应力，所测围岩内部的压应变实为光纤光栅传感器减小的拉应变。

本发明的优点如下：

1、在外荷载的作用下，围岩内部为压应变变化。但是光纤光栅传感器对拉应变敏感，通过预埋裸光纤光栅预拉装置，所测围岩内部的压应变实为光纤光栅传感器减小的拉应变，保证测量结果的准确性。

2、裸光纤光栅传感器抗剪性能差，容易脆断，光纤光栅预拉装置能够使传感器一直处于受拉状态，保证光纤光栅传感器的存活率。

3、该装置能够保证光纤光栅处于轴线方向，减少非轴向力的影响，由于采用裸光纤光栅传感器，应变灵敏度系数为1.2pm/με，保证监测结果的准确性。

4、该装置能够埋入围岩内部，通过围岩内部应变变化情况监测，实现围岩内部变形特征和损伤机理研究。

附图说明

图1是本发明的埋入式裸光纤光栅预拉装置。

图2是本发明的金属垫片。

图3是本发明的封装钢管。

具体实施方式

结合附图1-3对本装置的实例进行详细说明如下：

一种光纤光栅的围岩内部应变监测方法，利用裸光纤光栅预拉装置监测围岩内部应变变化情况，实现围岩内部变形特征和损伤机理的监测。

光纤光栅预拉装置包括裸光纤光栅传感器1、u型不锈钢试件2、金属垫片5和封装钢管4；

在u型不锈钢试件2两端u形边框上开设圆孔，将裸光纤光栅传感器1两端贯穿圆孔，在u形边框外侧面抵接有封装钢管4，用封装胶3将封装钢管4套接在裸光纤光栅传感器上，然后在封装钢管4与u形边框之间卡入金属垫片5，使裸光纤光栅传感器紧绷。

将裸光纤光栅预拉装置埋入围岩内部，监测围岩内部压应变变化；由于光纤光栅传感器对拉应变敏感，通过建立预应力，所测围岩内部的压应变实为光纤光栅传感器减小的拉应变。

将裸光纤光栅预拉装置埋入围岩内部，由于裸光纤光栅传感器在埋入的过程中始终承受拉力，避免受剪破坏，保证传感器的存活率。

光纤光栅预拉装置与光纤光栅解调仪组成采集系统，采用裸光纤光栅传感器，传感器的应变灵敏度系数为1.2pm/με，监测数据准确。

一种埋入式裸光纤光栅预拉装置，构件的尺寸及材料如下：

1、u型试件材料为不锈钢，尺寸为100×200×50mm³，厚度为5mm，钢板钻孔，直径为20mm，如图1。

2、金属垫片材料为碳素钢，外径为30mm，内径为10mm，厚度为3、4、5、6、7mm厚若干，开洞尺寸及形状如图2。

3、封装钢管直径为15mm，长度为40mm，采用353nd型光纤封装胶。

埋入式裸光纤光栅预拉装置的安装方式为：首先，采用钢管封装裸光纤光栅传感器；其次，把光纤光栅传感器连接光纤光栅解调仪；接着，把封装光纤光栅传感器的钢管端穿过孔壁，使传感器处于拉伸状态，将合适厚度(3、4、5、6、7mm)的开洞金属垫片插入钢管和u型不锈钢试件孔壁之间，保证光纤光栅反射波长漂移100pm左右，成功制作埋入式裸光纤光栅预拉装置。

用两段钢管封装裸光纤光栅传感器。采用353nd型光纤封装胶，光纤光栅传感器标距范围为210mm，利用光纤试验台，实现裸光纤光栅传感器封装处理。

由于u型不锈钢试件的孔壁直径大于封装钢管直径，将封装光纤光栅传感器的钢管端穿过孔壁，保持光纤光栅传感器平行u型不锈钢试件底板，考虑材料尺寸和安装误差，将合适的厚度(3、4、5、6、7mm)的开洞金属垫片插入钢管和u型试件孔壁，施加预应力，并相互夹紧。

在建立预应力的过程中，光纤光栅传感器通过跳线连接光纤光栅解调仪，当光纤光栅反射波长漂移100pm左右，即认为建立的预应力在合理范围，此时光纤光栅传感器产生应变为80με。

将裸光纤光栅预拉装置埋入围岩内部，监测测点应变变化情况。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种光纤光栅的围岩内部应变监测方法。通过裸光纤光栅传感器、U型不锈钢试件、金属垫片和封装钢管，组建光纤光栅预拉装置。预埋光纤光栅预拉装置，所测围岩内部的压应变为光纤光栅传感器减小的拉应变。光纤光栅传感器在整个监测过程中一直处于受拉状态，保证了测量结果的准确性，提高了光纤光栅传感器的存活率。

技术研发人员：孙丽;李闯;张春巍;苏中新;徐自强
受保护的技术使用者：沈阳建筑大学
技术研发日：2017.06.27
技术公布日：2017.09.22