[实用新型]一种基于光纤传感技术的土体三向应力测量装置

说明书

本实用新型涉及一种可用于测量边坡、地基等自重或荷载所产生的应力的测量装置，属于土体应力测试技术领域。一种基于光纤传感技术的土体三向应力测量装置，包括感压中空腔体，所述感压中空腔体为多面体，在相对或相邻的棱之间设置有通槽，所述通槽内用于安装固定固端梁，固端梁内表面用于粘贴感应外部土压力的光纤光栅传感元件；在感压中空腔体外表面设置有感压液囊，所述感压液囊用于传递土压力给光纤光栅传感元件；所述光纤光栅传感元件通过光纤与外部的光纤光栅解调仪相连。本实用新型具有以下优点：1.感压的方向具有多向性。2.在土体发生大变形时依然可以保持其适应性。3.提高了测量的精度。4.制作成本低，适用范围广。

技术领域

本实用新型涉及一种可用于测量边坡、地基等自重或荷载所产生的应力的测量装置，具体涉及测量土体三个方向上的应力大小的测量装置，属于土体应力测试技术领域。

背景技术

边坡失稳往往是因为在外力或者强降雨作用下，土体内部的应力和土体强度发生改变，导致边坡内部逐渐产生裂隙，最终导致边坡的垮塌。而土体应力则是反映边坡、地基等土体稳定状态的一个重要参数，测量土应力的大小及其分布具有比较重要的理论研究和工程实践意义，同时还具有指导工程设计、运营维护等作用。

由于传统的电阻式、压磁式、振弦式等电信号测量装置存在着许多缺陷，如在雷雨天气或强磁场环境下受干扰严重，无法准确的测量土体的应力状态变化，或因测试方向的单一性，无法测量土体各个方向的应力状态，此外，目前多数土体应力传感器无法与土体贴合密实，所以导致测量精度不够准确。光纤光栅具有耐高温、不受电磁干扰、体积小、精度高等特点，可以在严酷的工作环境下正常服役，很好的替代了一些传统电测式传感器。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种适应性强、精度高、制作成本低、适用范围广的基于光纤传感技术的土体三向应力测量装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种基于光纤传感技术的土体三向应力测量装置，包括感压中空腔体，所述感压中空腔体为多面体，在相对或相邻的棱之间设置有通槽，所述通槽内用于安装固定固端梁，固端梁内表面用于粘贴感应外部土压力的光纤光栅传感元件；在感压中空腔体外表面设置有感压液囊，所述感压液囊用于传递土压力给光纤光栅传感元件；所述光纤光栅传感元件通过光纤与外部的光纤光栅解调仪相连。

进一步的，还包括温度补偿光纤光栅，所述温度补偿光纤光栅粘贴于设置在感压中空腔体内部的不受力梁上；不受力梁的一端铰接于感压中空腔体上，另一端为自由端。

优选的，所述感压中空腔体为正六面体。

优选的，所述通槽设置于相对棱的中部，固端梁的两端分别固定于棱上。

优选的，在正六面体的六个面上均固定有凹形槽，所述凹形槽用于安装固定感压液囊。

测试时，先在静力状态下读取光纤光栅传感元件的波长数值，记录静力状态下的波长数据，在被测土坡或地基处进行钻孔，待钻孔到待测深处时，先在孔洞底部填一层约5cm厚的细砂，然后将此测量装置放置孔洞内，使朝下凸起的感压液囊与底层细砂充分接触，再进行回填处理，待回填密实后开始对工作状态下的光纤光栅波长进行数据记录。工作时，土体通过与感压液囊表面充分接触，传递土压力，在与土体充分接触后密封液囊中的液体介质在土压力的作用下将压力传递给多面体感压中空腔体中的固端梁，固端梁受到压力而发生变形，固端梁的变形使得粘贴在固端梁内表面的光纤光栅传感元件的中心波长发生变化，通过记录中心波长的变化就可以得到固端梁发生的应变值，从而得出固端梁的变形量，然后根据均布荷载作用下固端梁的应力位移公式，可以计算出作用在固端梁上的均布荷载大小，这个均布荷载就可以认为是土压力。因为感压中空腔体设置有多个固端梁，可以测量至少三个方向轴上的六个土压力变化值。为防止温度带来的波长漂移，对温度补偿光栅进行波长数据读取，剔除温度对光纤光栅传感元件测量土体应力的影响。

本实用新型具有以下优点：