[发明专利]一种基于光纤传感的探头固定式黏土界限含水率测定方法

权利要求书

1.一种基于光纤传感的探头固定式联合测定黏土界限含水率的装置，其特征在于，包括机箱外壳，机箱外壳底座上固定连接步进电机，步进电机通过传动轴与上面的载物台连接，试样盒自由放置于载物台上，试样盒悬空设置圆锥探头，圆锥探头通过垂向传力结构与光纤温度补偿模块连接，光纤温度补偿模块与光纤应变传感模块固定连接，光纤应变传感模块固定于机箱外壳顶部，光纤应变传感模块通过光纤连接至光纤光栅数据解调模块；

所述的光纤温度补偿模块内部设有第一光纤光栅，所述的光纤应变传感模块内部设有第二光纤光栅；光纤光栅数据解调模块按照设置的频率实时采集并显示第一光纤光栅和第二光纤光栅的中心波长变化量，采集完毕后通过内置的程序分别计算得出第一光纤光栅和第二光纤光栅的平均中心波长变化量Δλ₁和Δλ₂，以及中心波长变化量极差R₁和R₂；

光纤应变差值(Δλ₂-Δλ₁)与贯入力呈线性关系，通过标定试验获得；贯入力和圆锥探头-土体界面剪切力呈正比例关系，推导过程如下：

式中，τ为圆锥探头-土体界面剪应力；F为贯入力；α为圆锥顶角；h为圆锥探头椎体部分高度；C为圆锥系数；

根据重塑土抗剪强度与含水率关系，所述圆锥探头-土体界面剪切力对数与土体含水率的对数呈一次函数关系，表达式如下：

lgτ＝C₂-mlgw

式中，τ为土体抗剪强度，土体抗剪强度数值上等于圆锥探头-土体界面剪应力；w为土体含水率；C₂、m为系数。

2.如权利要求1所述的基于光纤传感的探头固定式联合测定黏土界限含水率的装置，其特征在于，所述的第一光纤光栅封装于应变隔离环中。

3.如权利要求1所述的基于光纤传感的探头固定式联合测定黏土界限含水率的装置，其特征在于，所述的第二光纤光栅通过环氧树脂紧密封装于光纤应变传感模块中。

4.如权利要求1-3任一所述的基于光纤传感的探头固定式联合测定黏土界限含水率的装置，其特征在于，所述的机箱外壳、光纤应变传感模块以及光纤温度补偿模块内部都设有排纤槽，光纤被环氧树脂固定封装在排纤槽中。

5.如权利要求1所述的基于光纤传感的探头固定式联合测定黏土界限含水率的装置，其特征在于，所述的步进电机通过传动轴推动载物台以一定的速度向上移动，步进电机的行程小于等于圆锥探头到试样盒底面的距离。