专利名称：利用光纤光栅测量土工格栅变形和受力的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于土木、水利，电力、交通等工程的土体加筋工作中对土工格栅 的变形和受力监测，尤其是涉及一种利用光纤光栅测量土工格栅变形和受力的方法。
背景技术：
目前土工格栅广泛用于土木、水利，电力、交通等工程的土体加筋工作中，但是对 于土工格栅在土体加筋中的功能发挥情况，由于缺乏有效的测量手段，不能准确定量地对 其进行评估，使得土工格栅在土体加筋中的设计只能根据相关规程规范采用经验方法进行 设计，过去曾经采用应变计等测量方法尝试对土体中加筋土工格栅的变形和受力进行监 测，但是由于传统应变计等监测仪器结构本身刚度远大于加筋土工格栅的刚度，使测量结 果与实际情况形成很大的误差，导致最后诸如此类的工程中对土体加筋格栅的变形和受力 测量的尝试以失败告终，当前可用于土体加筋格栅变形和受力的测量方法基本为空白。

发明内容
发明目的为了克服现有技术的不足，本发明提出一种利用光纤光栅测量土工格栅变形和受 力的方法。技术方案为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案—种利用光纤光栅测量土工格栅变形和受力的方法，包括以下步骤1)清洁被测土工格栅表面，采用结构胶和捆扎方式将应变传感光纤与被测土工 格栅的经栅或纬栅连接在一起，使应变传感光纤和被测测土工格栅的经栅或纬栅成为变形 协调一致的整体；在被测土工格栅的经栅或纬栅的相邻经栅或纬栅上铺设温度补偿传感光 纤，以对应变传感光纤测值进行温度修正，测量方法结构示意图如图1所示，传感光栅与土 工格栅的连接方式如图2所示；2)制作传感光纤铠装结构根据被测土工格栅的变形特性不同采用不同的光栅填 料和护套结构，铠装形成的传感光纤的刚度必须远小于被测土工格栅的刚度，保证捆扎和 胶结传感光纤以后的土工格栅刚度不因附加传感光纤而发生大的改变和其结构受力主要 由格栅本身承担，传感光纤其结构如图3所示；3)被测土工格栅上传感光纤铺设完成后采用胶条包裹铺设传感光纤的土工格栅 的经栅或维栅，以保护其上布设的传感光纤；4)将铺设好传感光纤并完成保护结构的土工格栅铺设安装到位，传感光纤光栅一 端引出连接好光纤跳线接头以备进入分布式光纤测量系统；5)传感光纤光栅与连接光缆对接并接入检测仪器，采用目前最先进的分布式光纤 传感技术测量土工格栅的应变特性，分布式光纤传感技术可实现自动化测量，通过被测土 工格栅应变特性即可逐点计算得到土工格栅的变形特性，结合土工格栅的变形模量计算得到其受力情况。本发明有益效果在于1)采用现有的分布式光纤光栅测量技术应用到土工格栅的变形和受力测量，本发 明简便易行、成本低，能够准确测量土工格栅的变形和受力，测量精度满足工程实际测量需 要；2)传感光纤光栅体积小，本发明采用配套特殊加工的传感光纤光栅，铺设安装传 感光纤格栅后对被测土工格栅的变形和受力基本不产生影响，测量结果准确反应土工格栅 的实际变形和受力状态，且可以采用多组光纤或光栅进行数据对比分析，提高测量精度；3)扩展了分布式光纤光栅传感技术测量的应用领域。基于布里渊散射的分布式光纤传感监测技术与常规的监测技术原理不同，它具有 分布式、长距离、实时性、精度高和耐久性长等特点，能做到对工程设施的每一个部位进行 监测与监控，相比传统监测技术分布式光纤传感技术具有以下特点(1)光纤光栅集传感 器和传输介质为一身，安装方便，易于构成自动化监测系统，性价比高，(2)可以进行光纤沿 线任意点空间连续测量，测量距离长、范围大、信息量大，大大降低传统点式方法检测的漏 检率，(3)光纤光栅传感器的结构简单，体积小，传感光纤光栅可以根据被测物的需要制作 成各种直径(直径Imm 20mm)和不同刚度的分布式光纤光栅传感器，对安装埋设部位的 物理性能影响很小，测量灵敏度高，抗电磁干扰、抗雷击，可靠性高。


图1、是本发明的土工格栅变形和受力的测量方法结构示意图；图2、是本发明的光纤格栅与土工格栅连接示意图；图3、是本发明的传感光纤结构示意图。
具体实施例方式为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的 内容不仅仅局限于下面的实例。本发明所要解决的技术问题，在于针对当前加筋土工格栅变形和受力测量方法的 空白现状，充分利用分布式光纤光栅传感测量技术特点，提供一种利用当前先进的分布式 光纤光栅传感技术测量土工格栅变形和受力的方法，包括土工格栅变形和受力测量的分布 式传感光纤光栅结构型式，分布式传感光纤光栅在土工格栅表面的安装布置结构型式，应 变传感光纤温度补偿修正方法，传感光纤光栅与土工格栅的连接和胶结方法。该方法简单 易行，成本很低，适应于任何结构型式土工格栅的变形和受力的测量，且可以实现自动化测 量，试验成果表明其测量精度和准确性较高。本发明所述传感光纤直径4 6mm，极限抗拉强度不小于1000N，极限变形能力不 小于1%，变形模量小于被测土工格栅的10%;所述传感光纤与土工格栅的捆扎结构为塑料 捆扎带；所述结构胶为环氧树脂胶或类似特性结构胶。本发明利用光纤光栅测量土工格栅变形和受力的方法，利用当前先进的分布式光 纤测量技术的测量精度高(测量精度最高可达ιμ O，分布式测量(最小测点分布式间距 0. 05m)，测量抗干扰能力强，测量距离长(最长可达30km)，非常适合加筋岩土工程上长距
4离的土工格栅变形和受力的测量，测量速度快，传感器成本低等特点，实现对土体加筋土工 格栅的变形和受力的迅速准确测量，可以填补土工格栅变形和受力测量方法的空白。以本 发明在室内开展土工格栅变形和受力测量试验，土工格栅受力加荷采用全自动压力机，该 全自动压力机自动记录土工格栅变形和受力，同时采用本发明的分布式光纤测量系统对该 组土工格栅进行同步测量，对比试验共16组，分别采用双向拉伸塑料土工格栅、玻璃纤维 土工格栅、钢塑复合土工格栅和聚酯经编涤纶土工格栅，每种土工格栅完成2组对比试验， 其中一组为单格土工格栅，另一组为3格土工格栅，土工格栅试样长度分别为50cm和70cm 两种。全部试验成果表明本发明测得土工格栅应变值与全自动压力机测值对比两者绝对误 差小于15μ ε，相对误差均小于2%，说明本发明测量土工格栅变形和受力具有较高的测 量精度，完全能够满足工程实际测量需要。实施例1 如图1、图2和图3所示，利用光纤光栅测量土工格栅变形和受力的方法，它包含以 下步骤1)工程现场土工格栅铺设完成以后，对被测格栅位置格栅表面进行清洁，在被测 格栅上铺设应变和温度补偿传感光纤，用塑料捆扎带将传感光纤捆扎在格栅表面，应变传 感光纤捆扎完成后再在光纤与土工格栅基础面刷结构胶使两这紧密胶结为一整体，以保证 两者变形协调一致，如图1和图2 ；2)传感光纤从一端引出并连接好光纤跳线接头以备进入分布式光纤测量系统；3)将应变和温度补偿传感光纤的跳线接头与连接光缆相连，光缆与分布式光纤测 量仪器相连，采用当前先进的分布式光纤光栅测量技术测量土工格栅应变和变形，通过测 得格栅应变计算土工格栅受力。实施例2 与实施例1基本相同，不同之处在于在室内将传感光纤与土工格栅捆扎和胶结在 一起后再运输到现场进行土工格栅的铺设。实施例3 与实施例1基本相同，不同之处在于首先将传感光纤植入玻璃纤维土工格栅中再 运输到现场进行土工格栅的铺设。实施例4 与实施例1基本相同，不同之处在于被测量土工格栅由双向拉伸塑料土工格栅变 换成钢塑土工格栅。实施例5 与实施例1基本相同，不同之处在于被测量土工格栅由双向拉伸塑料土工格栅变 换成聚酯经编涤纶土工格栅。
权利要求
利用光纤光栅测量土工格栅变形和受力的方法，其特征在于，包括以下步骤1)清洁被测土工格栅表面，采用结构胶和捆扎方式将应变传感光纤与被测土工格栅的经栅或纬栅连接在一起，使应变传感光纤和被测测土工格栅的经栅或纬栅成为变形协调一致的整体；在被测土工格栅的经栅或纬栅的相邻经栅或纬栅上铺设温度补偿传感光纤，以对应变传感光纤测值进行温度修正；2)制作传感光纤铠装结构，根据被测土工格栅的变形特性不同采用不同的光栅填料和护套结构，铠装形成的传感光纤的刚度必须远小于被测土工格栅的刚度，保证捆扎和胶结传感光纤以后的土工格栅刚度不因附加传感光纤而发生大的改变和其结构受力主要由格栅本身承担；3)被测土工格栅上传感光纤铺设完成后采用胶条包裹铺设传感光纤的土工格栅的经栅或维栅，以保护其上布设的传感光纤；4)将铺设好传感光纤并完成保护结构的土工格栅铺设安装到位，传感光纤光栅一端引出连接好光纤跳线接头以备进入分布式光纤测量系统；5)传感光纤光栅与连接光缆对接并接入检测仪器，采用分布式光纤传感技术测量土工格栅的应变特性，分布式光纤传感技术可实现自动化测量，通过被测土工格栅应变特性即可逐点计算得到土工格栅的变形特性，结合土工格栅的变形模量计算得到其受力情况。
2.利用光纤光栅测量土工格栅变形和受力的方法，其特征在于，所述传感光纤直径 4 6mm ；极限抗拉强度不小于1000N ；极限变形能力不小于1 % ；变形模量小于被测土工格 栅的10% ；所述传感光纤与土工格栅的捆扎结构为塑料捆扎带；所述结构胶为环氧树脂胶 或类似特性结构胶。
全文摘要
本发明公开了一种利用光纤光栅测量土工格栅变形和受力的方法，包括采用结构胶和捆扎方式将应变传感光纤与被测土工格栅的经栅或纬栅连接在一起；在被测土工格栅的经栅或纬栅的相邻经栅或纬栅上铺设温度补偿传感光纤；制作传感光纤铠装结构；被测土工格栅上传感光纤铺设完成后采用胶条包裹铺设传感光纤的土工格栅的经栅或纬栅；将铺设好传感光纤并完成保护结构的土工格栅铺设安装到位，传感光纤光栅一端引出连接好光纤跳线接头以备进入分布式光纤测量系统。本发明简便易行、成本低，能够准确测量土工格栅的变形和受力，测量精度满足工程实际测量需要。
文档编号G01L1/24GK101915552SQ201010237688
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月23日 优先权日2010年7月23日
发明者丁勇, 何宁, 何斌, 汪璋淳, 王国利, 郑澄峰, 钟祥海, 钱亚俊 申请人:水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院