[发明专利]一种水工结构变形分布式光纤监测装置及方法

权利要求书

1.一种水工结构变形分布式光纤监测装置，其特征在于：包括通底竖井，所述通底竖井内安装有变位台，变位台上的两侧对称的安装有钻头驱动装置，钻头驱动装置与锥形钻头连接；变位台两侧的钻头驱动装置分别与升降绳连接，升降绳缠绕在收线盘上，收线盘安装在齿轮轴上，齿轮轴上的齿轮与转动齿轮啮合，转动齿轮由电机驱动；变位台中部与一对对称安装的弹簧的一端连接，弹簧的另一端与竖向测尺铰接，竖向测尺穿过刻度台，刻度台位于设置在通底竖井上的横梁上，两个弹簧之间设有光纤挂桶，光纤挂桶的底端与变位台连接，光纤挂桶内安装有波状回路光纤，波状回路光纤上设有光纤扣，波状回路光纤的输入端安装有光波发射器，波状回路光纤的输出端安装有光波采集器。

2.根据权利要求1所述的水工结构变形分布式光纤监测装置，其特征在于：所述升降绳上设有刻度。

3.根据权利要求1所述的水工结构变形分布式光纤监测装置，其特征在于：所述通底竖井的上端面设有水平仪。

4.根据权利要求1所述的水工结构变形分布式光纤监测装置，其特征在于：所述变位台的下方设有护底凸台。

5.根据权利要求1所述的水工结构变形分布式光纤监测装置，其特征在于：所述变位台下方设有压缩弹簧。

6.一种水工结构变形分布式光纤监测装置的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

第1步，空载下，升降绳完全松开，将变位台及其所承载的部件放松到通底竖井的最底端，让护底凸台接触到通底竖井的底面，测试拉压弹簧及竖向测尺的工作状态，用光波发射器、光波采集器监测波状回路光纤工作性态，待上述工序完成之后，未发现异常情况下，将各部件恢复到原初始位置；

第2步，在土石结合区域中，开挖与通底竖井形状结构类似的凹槽，通过水平仪调整通底竖井与土石结合区域间的平衡，然后电机驱动升降绳下放锥形钻头、变位台及护底凸台，在下降到指定位置后，通过查看升降绳上的刻度，使得变位台两边升降绳的长度一样长，使变位台、锥形钻头处于水平平衡位置，将事先安装好的拉压弹簧与刻度台上的竖向测尺铰接，将已经安装到光纤挂桶的波状回路光纤引出到光波发射器及光波采集器处；

第3步，通过钻头驱动装置推动锥形钻头从通底竖井穿出，最终将锥形钻头不断深入通底竖井周围的土石结合区域内；

第4步，当一侧的拉压弹簧受到从该侧锥形钻头所传递的对应侧的沉降荷载时，对应侧竖向测尺监测到的该侧沉降变形量值为d₁，同时，当另一侧拉压弹簧受到从与其对应侧锥形钻头所传递的相应侧的沉降荷载时，相应的竖向测尺所监测到该侧的沉降变形量值为d₂，两侧的拉压弹簧之间的距离标为L，变形较小一侧的拉压弹簧与待测点Q的距离为M，则Q处的沉降量值为δ_Q＝d₂+(d₁-d₂)M/L，位于中间位置处C点的沉降变形量值为δ_C^K＝(d₁+d₂)/2)，基于波状回路光纤所发生的瑞利散射和菲涅尔反射、布里渊散射等光信息的变化，监测到此刻变形量值为δ_C^O，初始变形量值为δ_CI^O，则对于同一中间位置所监测沉降差值的绝对值为为构建土石结合区域不均匀沉降的计算公式，定义不均匀沉降参量ω，且ω的表达式定义为基于本监测装置工作原理及上述推导，待测点Q处的最终沉降计算公式为δQF=(d2+(d1-d2)ML)+((d1-d2)ML*|(δCO-δCIO)-(d1+d2)2|/δCO).]]>