[发明专利]基于光纤植入螺纹梁的路基不均匀沉降监测方法及设备

说明书

本发明涉及基于光纤植入螺纹梁的路基不均匀沉降监测方法及设备，其光纤植入螺纹梁为薄壁空心螺纹梁，其上下薄壁中对称植入单模光纤，在梁体内形成光纤回路，其外壁嵌入复合型材料螺纹形成外螺纹；道路路基施工至监控量测标高后沿横断面放线测量，并在该标高处道路路基左侧、右侧钻孔，架设设备并用封底混凝土封堵固定，光纤植入螺纹梁横向埋入道路路基作为悬臂受荷载体，两端由两侧设备支撑；将单模光纤接入光纤解调仪，测量光纤埋设后的初始布里渊频移值，计算出光纤植入螺纹梁各点的应变值，通过积分计算光纤植入螺纹梁各点的变形值。本发明利用悬臂梁挠度计算原理以及分布式光纤连续应变测量原理，实现路基不均匀沉降变形的连续监测。

技术领域

本发明涉及路基工程灾害防护领域中不均匀沉降的测量技术，具体涉及一种基于光纤植入螺纹梁的路基不均匀沉降监测方法及设备。

背景技术

在多年冻土区和软土地区等不良地质区域的路基工程往往会发生不均匀的、连续的沉降变形，迫使道路正常使用功能降低，影响行驶车辆安全。传统的点式监测手段难以实现连续的沉降监测，容易造成相邻监测点间沉降的漏测。光纤作为新兴的监测手段，具有灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、长期稳定性好、结构简单、体积小、质量轻的特点，能实现大范围、长距离、长持时的整体监测，而当前采用光纤直接监测路基变形面临的主要问题是光纤与岩土体的耦合缠绕关系不明确，并且光纤是一种易损材料，埋入岩土体后如何对其进行有效防护也十分重要。另外，如何将光纤测量的应变单元转化为工程常用的沉降变形也是需要解决的问题之一。针对这些应用问题，采用光纤植入螺纹悬臂梁作为监测传感器，其优势在于采用嵌入光纤的螺纹悬臂梁可以防止传感器随土体变形发生刚性漂移并对光纤形成外包保护利于现场安装，另外从梁体强度复核出发对复合型材料螺纹梁进行参数化设计，尽可能的选用与刚度较小的复合型材料并在梁体外表嵌套螺纹结构形成“机械咬合”，提升管土耦合、协同变形能力。最后，以悬臂梁挠度计算原理为基础，可以将光纤测量的应变单元转化为工程应用的沉降变形。

为实现光纤植入螺纹梁的路基不均匀沉降监测，主要利用自主设计的光纤植入复合型材料薄壁空心螺纹梁监测方法实现连续的沉降变形测量，即通过分布式光纤密集的单点应变测量实现连续的单点变形监测(最小空间分辨率最高可达2cm，采样分辨率1cm)，从而实现不均匀沉降的监测。

目前，采用光纤传感间接进行地面灾害变形测量的实例较多，尤其是通过光纤测量抗滑桩、支锚结构变形，间接反映岩土体的位移或变形的测量手段较为多见，针对路基深部位移、不均匀沉降的监测方法目前仍处于探索阶段。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于光纤植入螺纹梁的路基不均匀沉降监测方法及设备，适用于不均匀沉降变形相对较为严重的路基工程，形成基于分布式光纤的广域、自动、低成本沉降监测技术和方法，可为道路工程的稳定性与安全性评价提供数据支撑。

本发明所采用的技术方案为：

基于光纤植入螺纹梁的路基不均匀沉降监测设备，其特征在于：

所述设备包括光纤植入螺纹梁，光纤植入螺纹梁为薄壁空心螺纹梁，其上下薄壁中对称植入单模光纤，在梁体内形成光纤回路，其外壁嵌入复合型材料螺纹形成外螺纹。

单模光纤从光纤植入螺纹梁一端引出并接入光纤解调仪。

光纤植入螺纹梁一端插入固定槽盒上横向贯通设置的通孔中，槽盒内注满环氧树脂胶或水泥砂浆。

固定槽盒通过下方的支撑杆组件支撑；

支撑杆组件自上而下依次包括承插套杆、接续套杆和底层套杆。

底层套杆底端插入承插式固定支座底板，顶端通过内置焊接螺母连接到接续套杆底端设置的外置焊接螺栓上；

接续套杆和承插套杆上对应设置有纵向的多组螺栓孔，垂直插入六角紧缩螺栓将二者固定；