一种金属条带式多点位移传感器在路基沉降模型试验中的运用方法与流程

1.本发明涉及传感与数据传输技术领域，更具体为一种金属条带式多点位移传感器在路基沉降模型试验中的运用方法。


背景技术：

2.建筑物和土工建筑物修建前，地基中早已存在着由土体自身重力引起的自重应力。建筑物和土工建筑物荷载通过基础或路堤的底面传递给地基，使天然土层原有的应力状态发生变化，在附加的三向应力分量作用下，地基中产生了竖向、侧向和剪切变形，导致各点的竖向和侧向位移。地基表面的竖向变形称为地基沉降。在公路、铁路等工程中，路基不均匀沉降是一种常见的病害，影响道路工程的运行寿命和行车质量，造成交通安全隐患。由于我国地域分布广阔，不同道路工程的路基土的性质不同，影响路基沉降变形的因素不同。开展模型试验是一种高效与可靠的科学研究方法，有助于更好得反映路基沉降问题的演化规律和解决工程中碰到的关键技术问题。
3.路基沉降模型试验中，所选择的传感技术与传感器会直接影响测试结果的准确性与可靠性。由于土体路基沉降变形过程中内部土体变形无法客观的测量出准确数据。因此，需要提供一种新的技术方案给予解决。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种金属条带式多点位移传感器在路基沉降模型试验中的运用方法，解决了路基沉降模型试验中，内部土体沉降变形难以客观与准确测量的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种金属条带式多点位移传感器在路基沉降模型试验中的运用方法，包括：所述金属条带式多点位移传感器在路基沉降模型试验中的运用方法包括如下步骤：
6.步骤1：土工击实试验：土工击实试验中求最优含水率和最大干密度的目的是作为检测路基压实度、强度等参数，对提升路基施工质量发挥着非常重要的作用。
7.步骤2：老路基填筑：通过边洒水边搅拌的方式将土调配到最优含水率，闷料24h后将土在模型箱中进行分层夯实填筑，每层填土厚3cm，压实度控制在95％左右；
8.步骤3：台阶开挖：根据事先设计尺寸对老路基土进行台阶开挖，每层台阶高12.5cm,宽20cm；
9.步骤4：填筑新路基土：按照填筑老路基土的方法分层填筑新路基土，试验过程中通过严格控制新老路基密实度的差异体现新旧路基土固结程度的差异，新路基土的压实度控制在80％左右；
10.步骤5：布设土工格栅与金属条带式多点位移传感器：填筑新路基之前在每层填土的台阶处铺设土工格栅和布设金属条带式多点位移传感器，金属条带式多点位移传感器用于测量模型试验中土体的沉降变形。
11.步骤6：加载方案：在填筑新路基土的上部放置钢承载板，尺寸16cm*30cm*1cm。加载系统由千斤顶和反力架组成，千斤顶所施加的力通过工字钢反力架作用在刚性承载板上，每级加载大小为16kn，共施加20级荷载，百分表实时记录承载板沉降数据。
12.步骤7：实验数据监测：将上下两侧金属条带式多点位移传感器上的跳线接入光纤布拉格光栅解调仪。传感器共10个测点，即沿金属条带表面正反两面设计位置各布置5个测点，对应电脑端数据采集系统10个数据，检查每个波长是否正常，一切就绪后开始监测，然后开始加载。
13.步骤8：数据处理：试验结束后，将每个测点的数据进行整理。本实验共进行20组实验，每级加载后稳定时，光纤波长保持相对稳定，此时认定土体应变也保持在一个稳定的状态，把每个测点每级加载后稳定状态下的应变予以记录，经过换算得出位移，从而可以绘制出从台阶壁出到坡边这个方向上沉降变化曲线。
14.作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤5中的金属条带式多点位移传感器制作步骤包括如下步骤：
15.步骤1：材料准备：制作材料包括：一根金属条带、固定胶水、10支波长不等的光纤布拉格光栅、光纤切割机、光纤熔接机、记号笔、剥线钳、测量尺、护套和跳线；
16.步骤2：制作步骤如下：
17.s1：根据事先设定的在金属条带上光纤布拉格光栅测点的位置用记号笔在金属条带上标记出。
18.s2：用剥线钳剥开光纤涂覆层，用测量尺量出所需切割位置，用光纤切割机切割，并用光纤熔接机熔接两个切割后的平整断面，此时两个测点已被串联起来，其他测点也以此方式串联。
19.s3：选定金属条带的一面，将制作完毕的光纤贴至金属条带正中间位置，一人固定光纤位置，一人粘涂固定胶水，制作完后予以风干一定时间。
20.s4：用护套将未粘涂胶水的裸线部分套上并接上跳线。
21.s5：选定金属条带的另外一面，重复上述步骤s3与步骤s4。
22.作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤1中的金属条带的厚度为0.04cm，宽度为3cm。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
24.本发明采用的金属条带式多点位移传感器以光波为载体，光纤为传输介质的光纤布拉格光栅传感技术通过光纤布拉格光栅周期和折射率的变化导致的中心波长偏移来感测被测介质的参数变化从而来实现传感，当外界土体沉降变形时就会引起光纤布拉格光栅自身的变化，解调仪解析出光纤布拉格光栅反射光波长的漂移量，进而得到路基沉降变形，解决了路基沉降模型试验中，内部土体沉降变形难以客观与准确测量的问题。
附图说明
25.图1为本发明试验模型侧视示意图；
26.图2为本发明传感器测点位置布置俯视示意图；
27.图3为本发明传感器侧视示意图；
28.图4为本发明传感器所测路基土体沉降位移图；
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种金属条带式多点位移传感器在路基沉降模型试验中的运用方法，包括：所述金属条带式多点位移传感器在路基沉降模型试验中的运用方法包括如下步骤：
31.步骤1：土工击实试验：土工击实试验中求最优含水率和最大干密度的目的是作为检测路基压实度、强度等参数，对提升路基施工质量发挥着非常重要的作用。
32.步骤2：老路基填筑：通过边洒水边搅拌的方式将土调配到最优含水率，闷料24h后将土在模型箱中进行分层夯实填筑，每层填土厚3cm，压实度控制在95％左右；
33.步骤3：台阶开挖：根据事先设计尺寸对老路基土进行台阶开挖，每层台阶高12.5cm,宽20cm；
34.步骤4：填筑新路基土：按照填筑老路基土的方法分层填筑新路基土，试验过程中通过严格控制新老路基密实度的差异体现新旧路基土固结程度的差异，新路基土的压实度控制在80％左右；
35.步骤5：布设土工格栅与金属条带式多点位移传感器：填筑新路基之前在每层填土的台阶处铺设土工格栅和布设金属条带式多点位移传感器，金属条带式多点位移传感器用于测量模型试验中土体的沉降变形。
36.步骤6：加载方案：在填筑新路基土的上部放置钢承载板，尺寸16cm*30cm*1cm。加载系统由千斤顶和反力架组成，千斤顶所施加的力通过工字钢反力架作用在刚性承载板上，每级加载大小为16kn，共施加20级荷载，百分表实时记录承载板沉降数据。
37.步骤7：实验数据监测：将金属条带式多点位移传感器连接跳线后接入光纤布拉格光栅解调仪。传感器共10个测点，即沿金属条带表面正反两面设计位置各布置5个测点，对应电脑端数据采集系统10个数据，检查每个波长是否正常，一切就绪后开始监测，加载就可以开始了。
38.步骤8：数据处理：试验结束后，将每个测点的数据进行整理。本实验共进行20组实验，每级加载后稳定时，光纤波长保持相对稳定，此时认定土体变形也保持在一个稳定的状态，把每个测点每级加载后稳定状态下的传感器中光纤布拉格光栅波长予以记录，经过换算得出位移，从而可以绘制出从台阶壁出到坡边这个方向上沉降变化曲线。
39.采用金属条带式多点位移传感器以光波为载体，光纤为传输介质的光纤布拉格光栅传感技术通过光纤布拉格光栅周期和折射率的变化导致的中心波长偏移来感测被测介质的参数变化从而来实现传感，当金属条带式多点位移传感器变形时就会引起光纤布拉格光栅自身的变化，解调仪解析出光纤布拉格光栅反射光波长的漂移量，通过计算可以同时得到传感器多点位置的位移量。解决了路基沉降模型试验中，内部土体沉降变形难以客观与准确测量的问题。
40.进一步改进的，所述步骤5中的金属条带式多点位移传感器制作步骤包括如下步骤：
41.步骤1：材料准备：制作材料包括：1根金属条带、固定胶水、十根波长不等的光纤布拉格光栅、光纤切割机、光纤熔接机、记号笔、剥线钳、测量尺、护套和跳线；
42.步骤2：制作步骤如下：
43.s1：根据事先设定的在金属条带上光纤布拉格光栅测点的位置用记号笔在金属条带上标记出。
44.s2：用剥线钳剥开光纤涂覆层，用测量尺量出所需切割位置，用光纤切割机切割，并用光纤熔接机熔接两个切割后的平整断面，此时两个测点已被串联起来，其他测点也以此方式串联。
45.s3：选定金属条带的一面，将制作完毕的光纤贴至金属条带正中间位置，一人固定光纤位置，一人粘涂固定胶水，制作完后予以风干一定时间。
46.s4：用护套将未粘涂胶水的裸线部分套上并接上跳线。
47.s5：选定金属条带的另外一面，重复上述步骤s3与步骤s4。
48.进一步改进的，所述步骤1中金属条带的厚度为0.04cm，宽度为3cm。
49.本发明采用的金属条带式多点位移传感器以光波为载体，光纤为传输介质的光纤布拉格光栅传感技术通过光纤布拉格光栅周期和折射率的变化导致的中心波长偏移来感测被测介质的参数变化从而来实现传感，当金属条带式多点位移传感器变形时就会引起光纤布拉格光栅自身的变化，解调仪解析出光纤布拉格光栅反射光波长的漂移量，通过计算可以同时得到传感器多点位置的位移量。解决了路基沉降模型试验中，内部土体沉降变形难以客观与准确测量的问题。
50.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。