[发明专利]一种测量直埋式传感光缆和土体变形协调性的方法和设备

说明书

本发明公开了一种测量直埋式传感光缆和土体变形协调性的方法和设备，该方法通过竖向加载设备使得圆柱形试样发生竖向变形，采用位移计测量试样的竖向变形量，并计算试样的应变量；采用分布式光纤传感技术测量埋设于试样中心的传感光缆的应变分布，并采用求和平均的方法计算光缆应变；通过试样应变与光缆应变的比值计算土体和光缆之间的协调变形比。本发明的设备主要包括底座、压力室、加载帽、应力控制式的轴向加载设备、位移计、传感光缆、光频域反射解调仪、计算机和数据分析软件。本发明的方法原理简单，可以实现对多种土体、多种传感光缆进行测试，试验设备可重复使用，得到的协调变形比可直接用于传感光缆实测数据的修正。

技术领域

本发明属于岩土工程测试技术领域，具体是一种测量直埋式传感光缆和土体变形协调性的方法和设备。

背景技术

近年来，分布式光纤传感技术因其具有分布式监测、高灵敏度度、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点，在地质、土木、水利、矿山等领域得到广泛的应用。在地质与岩土工程监测领域，直埋式分布式光纤传感技术相较于传统的点式监测技术可以测得地质体应变、温度、含水量等多参数的分布信息，为研究工程地质问题和成因机理提供的新技术手段，例如地面沉降监测、滑坡监测、基坑安全监测等。

直埋式传感光缆的安装是通过钻孔将光缆送入地质体中，之后通过钻孔回填实现光缆和地质体之间的协调变形。但是，由于光缆的弹性模量和地质体之间通常存在明显的差异，在采用直埋方式监测地质体变形时，光缆和地质体之间可能会出现应变不一致的问题。因此，在使用直埋式传感光缆监测地质体的变形时，需要掌握传感光缆和地质体协调变形的性能，进而对光缆测得的应变进行修正，为准确监测地质体的真实变形提供依据。土体作为工程中常见的地质体，土体变形对于工程安全和防灾减灾是非常重要的，而且由于土体与传感光缆的模量差异显著，掌握传感光缆与土体的变形协调性具有重要的理论价值和工程意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为评价和测试直埋式传感光缆和被测土体之间的协调变形性能提供一种测试方法和设备。该设备可以用直观的方式分别测量出传感光缆和被测土体的变形，通过对比、计算分析直埋式传感光缆与土体之间的协调变形性能，为准确监测岩土体的变形提供依据。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种测量直埋式传感光缆和土体变形协调性的方法，包括以下步骤：

1)制作一个压力室，将传感光缆经所述压力室的底座引入压力室；根据试验要求对传感光缆适度预拉；制作圆柱形试样，填筑时需保持传感光缆位于圆柱形试样的中心，填筑过程中对试验用土进行击实，将传感光缆穿出试样上端部；

2)将制作完成的试样包裹乳胶膜后，将传感光缆经所述底座穿出压力室；对压力室排气注水，向压力室施加压力σ₃；

3)根据试验设计调整围压σ₃，之后通过加载杆给试样施加轴向偏应力σ₁-σ₃，令试样在轴向偏应力的作用下产生轴向压缩变形；

4)施加轴向偏应力σ₁-σ₃过程中，利用安装在加载杆上的位移计测量试样的轴向变形量；同时采用OFDR解调仪测量埋设在试样中的传感光缆的应变分布；

5)利用试样轴向变形量和传感光缆测量的应变分布计算协调变形比α，计算公式如下所示：

其中，ε_f为测得的传感光缆应变分布；d为OFDR解调仪的采样间距；ε(i)为第i个采样点的应变；ε_s为位移计测得的试样应变；Δl为试样变形量；l为试样长度。