[实用新型]一种基于光纤光栅用于地基原位测试的贯入剪切装置

说明书

本实用新型涉及一种基于光纤光栅用于地基原位测试的贯入剪切装置。包括多功能探头、迥转钻进装置、光纤光栅无线解调仪、机箱外壳和底座。所述的多功能探头包括Y字形板头和锥尖测头，锥尖测头安装在Y字形板头的底端；所述的迥转钻进装置包括探杆、卡盘、步进电机、压入主机、安装平台和固定装置；所述的探杆自下而上贯穿整个迥转钻进装置，依次穿过卡盘、步进电机、安装平台和压入主机，底部与多功能探头连接；本实用新型具有精确度高、稳定性好、防水性好、抗电磁干扰能力强、多参量监测、自动实时监测等优点，可同时获取锥尖阻力、土体抗剪强度和探头温度，并通过光纤光栅无线解调仪实现监测数据的自动采集、远程传输等功能。

技术领域：

本实用新型涉及光纤感测和地基原位测试领域，具体涉及一种基于光纤光栅用于地基原位测试的贯入剪切装置。

背景技术：

土体作为一种天然生成的三相介质，一般具有含水率高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低等特点，在工程施工中的危害性大，常造成地基破坏、边坡失稳等问题。因此快速有效地测定地基土体的物理力学性质是岩土工程中的重要课题。目前，常用的地基原位测试方法包括平板荷载试验、十字板剪切试验和静力触探试验等。

一般而言，平板荷载试验是确定地基承载力最直接也相对准确的原位测试方法，但该方法成本较高，耗时费力，限制了其在工程中的应用。十字板剪切试验多为手动操作，人工误差大。近年来开始出现的电测式十字板剪切试验和静力触探试验在理论上较为完善，具有快速、经济、节省人力等优点，但这两种方法只能测量单个物理量，且应变片的测量精度有限，在现场测试过程中可能会受到电磁干扰，应变片在潮湿环境中容易发生短路，不适合富水地层土体的测试。

光纤传感器因具有灵敏度高、稳定性好、耐腐蚀、抗电磁波干扰、准分布式等优点，近年来得到了飞速的发展。其中，光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating，简称光纤光栅)是目前比较成熟的光纤传感技术，已广泛应用于地质工程、岩土工程和水利工程等多个领域，为地基原位测试方法的革新提供了一种有力的工具。光纤光栅的传感原理是，当宽带入射光进入光纤时，光纤光栅会反射特定波长的光，反射光的中心波长λ_B和应变Δε、温度ΔT之间满足以下关系：

式中：K_ε为应变传感灵敏度系数，K_T为温度传感灵敏度系数，Δλ_B为中心波长的变化量。对于一般的光纤光栅传感器，K_ε≈0.78×10^-6με^-1，K_T≈6.67×10^-6℃^-1。光纤光栅的中心波长对温度和应变都极为敏感，所以光纤光栅应变传感器和温度传感器具有很高的精度。同时，不同中心波长的光纤光栅可以串联使用，组成准分布式的传感序列，实现对光纤沿线应变或温度数据的自动采集。

发明内容

针对现有地基原位测试技术的不足，本实用新型的目的是提供一种基于光纤光栅用于地基原位测试的贯入剪切装置。与传统装置相比，本实用新型具有精确度高、稳定性好、防水性好、抗电磁干扰能力强、多参量监测、自动实时监测等优点，可同时获取锥尖阻力、土体抗剪强度和探头温度，并通过光纤光栅无线解调仪实现监测数据的自动采集、远程传输等功能。

本实用新型采用了如下技术方案：一种基于光纤光栅用于地基原位测试的贯入剪切装置，包括多功能探头、迥转钻进装置、光纤光栅无线解调仪、机箱外壳和底座，多功能探头穿过底座贯入地基土体中，另一头连接迥转钻进装置再经由信号传输光纤与光纤光栅无线解调仪连接，迥转钻进装置外设机箱外壳，机箱外壳和底座连接；所述的多功能探头包括Y字形板头和锥尖测头，锥尖测头安装在Y字形板头的底端；所述的迥转钻进装置包括探杆、卡盘、步进电机、安装平台、压入主机和固定装置，所述的探杆自下而上贯穿整个迥转钻进装置，依次穿过卡盘、步进电机、安装平台和压入主机，探杆底部与多功能探头连接；迥转钻进装置通过固定装置安装在机箱外壳内壁；所述的底座下部设置滚轮和支座。