[发明专利]基于分布式光纤传感器的基坑工程立体化监测网络的实现方法

权利要求书

1.一种基于分布式光纤传感器的基坑工程立体化监测网络的实现方法，其特征在于：将光纤传感器植入地下连续墙的内部形成整体传感网络，将光纤传感器敷设于支撑表面构成传感网络，以使光纤能够与围护构件共同协调变形，当围护构件在与土的相互作用中发生变形，这种变化被光纤感知被反映在布里渊散射光的频移值上；通过BOTDA应变解调仪解译出应变；通过计算出围护构件在监测点位置处的形变，并利用kriging方法插值出围护构件的不同位置、不同方向上的变形结果，得到围护构件全面整体的变形情况；并导入surfer生成三维影像云图，立体地反应围护构件的变形状态；

该实现方法包括以下步骤：

(1)地下连续墙的钢筋笼下放前，对钢筋进行打磨处理，去除其表面的尖锐部分，确保对光纤护套减少不必要的损伤；

(2)在地下连续墙的钢筋笼中，布设监测应变的传感光纤和作为温度补偿的传感光纤，布设方法采用内部植入法，针对钢筋笼朝向和背向基坑区域的两个面布设传感光纤，并在这两个面上铺设成网状结构，形成钢筋笼-垂向光纤传感-环向光纤传感的感知网络；

(3)在基坑的支撑上，布设监测应变的传感光纤和作为温度补偿的传感光纤，布设采用表面粘贴法，针对支撑轴向表面的上下左右四处布设传感光纤，形成线状的结构，构成支撑传感网络；

(4)利用BOTDA光纤应变解调仪及计算机将数据载入得到监测体的应变变化，根据所得的应变结果进行地下连续墙钢筋笼各个位置处垂向和侧向的位移计算、支撑的形变计算、数据修正统一；

(5)获得围护构件上各个监测点上的形变、受力大小后，采用kriging插值法得到传感光纤沿线上各监测点之间的变形受力情况；

(6)基于kriging插值法获得围护构件沿线上的形变情况，利用surfer的图形输出功能生成三维影像云图，达到监控实时化和可视化的效果；

所述步骤(2)中，形成钢筋笼传感网络的过程包括步骤：

(2.1)钢筋笼的垂向和环向钢筋上采用全接触绑扎方式固定监测应变的传感光纤；对垂向和环向钢筋采用分点式绑扎方式布置作为温度补偿的传感光纤；所述作为温度补偿的传感光纤，主要用于消除温度变化导致的传感光纤读取数据的误差；

(2.2)下放钢筋笼；

(2.3)灌注混凝土成墙；

所述步骤(3)中，采用全接触绑扎方式固定监测应变的传感光纤，采用分点式绑扎方式布置作为温度补偿的传感光纤；

所述步骤(4)中，根据所得的应变结果进行地下连续墙钢筋笼各个位置处垂向和侧向的位移计算的过程包括，

(4.1)在获得监测数据后，进行温度补偿处理消除温度带来的影响，处理公式如下：

ε＝ε_a-ε_b (1)，

其中，ε为监测点上获取的实际应变值，ε_a为起监测应变作用的传感光纤上获取的应变数据，ε_b为起温度补偿作用的传感光纤上获取的应变数据；

(4.2)地下连续墙受力后产生的垂向上的压缩变形w1：

钢筋笼上监测点之间受力弯曲后产生角度的余弦可以求出：其中θ为监测点之间转动的角度，cosθ为该角度的余弦值，c为钢筋笼变形前两监测点之间的距离，ε为监测点上获取的实际应变值，ε先通过公式(1)计算，消除误差影响；

获得了钢筋笼的各个位置上转动角度后，某监测点位置处的垂向压缩变形大小即为：其中y为某监测点位置处的垂向压缩变形量，ε为监测点上获取的实际应变值；

地下连续墙钢筋笼受力后产生的垂向上的压缩变形w1由求和可得：

其中，i为监测点的标号，n为监测点的总数量，c_i为对应标号监测点间的距离，ε_i为地墙朝向面的监测的实际应变值；

(4.3)地下连续墙受力后由弯曲变形产生的侧向挠度w2：

地连墙的钢筋笼朝向和背向基坑的两个面受压力作用均向基坑发生侧移，形成两段圆弧，发生的实际应变的大小分别为ε₁、ε₂，ε₁、ε₂先通过公式(1)计算，消除误差影响，这两段圆弧的夹角角度Φ可以求得：

l为圆弧半径长度，b为将监测点包含在内选取的一段墙体长度，a为墙厚，由式(3)化简可得l的表达式：

自身变形引起的挠度应为变形后圆弧半径的长度减去初始未变形时侧墙到相同圆心的长度，由此，最终的弯曲变形产生的侧向挠度w2为：

其中，w₂为地下连续墙钢筋笼侧向挠度大小，b为将监测点包含在内选取的一段墙体长度，a为墙厚；ε₁、ε₂分别为地墙朝向和背向基坑两个面的实际监测应变值。