[发明专利]一种测试传感光缆与土体变形协调性的方法

说明书

本发明公开了一种测试传感光缆与土体变形协调性的方法，包括制备试验土条，将传感光缆埋入土条；使土条发生弯曲变形；测量土条的第一弯曲变形；采用分布式光纤传感技术测量土条两侧的应变分布，计算出土条的第二弯曲变形；利用计算变形传递系数t，即纤‑土变形协调性。本发明的测试传感光缆与土体变形协调性的方法，提供了一种全新的解决纤‑土耦合问题的解决方案，为提高光纤监测的精度提供了一个良好的基础，并为光纤监测的具体应用场合提供理论指导；该方法原理简单，通过较少的试验数据数量就可以获得所需的试验结果；该方法所需的试验设备较为简单，均是实验室中常用的仪器。

技术领域

本发明属于岩土工程测试技术领域，具体是一种测试传感光缆与土体变形协调性的方法。

背景技术

分布式光纤传感技术除了具有灵敏度高、抗电磁干扰、电绝缘性好、耐腐蚀、本质安全等优点，还可以实现分布式监测，在智能材料、土木工程等诸多领域都得到了很好的应用。在地质工程领域，分布式光纤传感技术已用于地质体和岩土加固结构的长期监测和试验研究，为研究工程地质现象以及机理提供了极大的便利。具体的应用包括：边坡变形监测、基坑安全监测、隧道等地下空间的健康监测等。相对于常规的点式监测技术，分布式光纤传感技术可以同时获得地质体的应变、温度等参量的空间分布信息，具有测点连续，不易漏检的优势。

分布式传感光缆的安装方式主要有两种：表面安装和直埋安装。表面安装是通过黏贴或借助紧固件安装在地质体或加固结构的表面，如岩体或者混凝土结构的表面；直埋安装是通过钻孔或者探槽将传感光缆埋入地质体中，然后通过回填，使传感光纤与地质体协调变形。当地质体或周围环境发生变化，光纤中传递的光信号会随之改变，从而实现对地质体的传感与长期监测。光缆具有多层结构，外层护套一般为高分子材料。将光缆黏贴或者埋入地质体，特别是采用直埋方式监测土体变形时，由于光缆的弹性模量与土体存在显著的差异，光缆与土体可能会出现变形不一致的问题。因此，在采用传感光缆监测土体变形之前，需要确定光缆与土体变形协调的程度，即变形协调性。在此基础上，评价光缆的应变感测性能，并对光缆实测的应变进行修正，为准确计算土体或其它地质体的真实变形提供参数。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种测试传感光缆与土体变形协调性的方法，该方法能够以简单的设备精确测量出光缆与土体的形变，进而计算出光缆与土体的形变耦合性，为提高光纤监测的精度提供了基础。

为实现上述发明目的，本发明的一种测试传感光缆与土体变形协调性的方法，包括以下步骤：

1)制备试验土条，将传感光缆埋入土条；

2)推动土条，使土条发生弯曲变形；

3)通过数控直线位移滑台、激光位移传感器及其数据采集器测量土条的第一弯曲变形；由于第一弯曲变形的测量精度非常高，因此视为土条的实际弯曲变形，相应的应变视为土条的实际应变；采用分布式光纤传感技术测量土条两侧的应变分布，传感光缆的应变即是土条上相应位置的应变，利用传感光缆的应变计算土条的第二弯曲变形；

4)变形传递系数t用于表征土体应变传递至纤芯的传递效率，即纤-土变形协调性；

其中，ε_fmax为传感光缆实测的土条应变最大值；ε_smax为与传感光缆所在位置土条实际应变最大值；v_fmax为土条第二弯曲变形的最大值；v_smax为土条第一弯曲变形的最大值。根据弯曲变形与应变的关系，应变之比应为弯曲变形的二阶导数之比。

进一步的，所述步骤3)中分布式光纤传感技术使用的仪器为光背向散射反射计(optical backscatter reflectometer,OBR)；传感光缆的应变量为：