[发明专利]基于光纤光栅测量的软土地基多向大应变模型试验系统

说明书

本申请属于岩土工程监测技术领域，提供了基于光纤光栅测量的软土地基多向大应变模型试验系统，包括模型箱体、多向大应变夹具、降水蒸发循环系统、水位控制及加载系统、监测采集系统；模型箱体内部填筑地基材料；多向大应变夹具通过位移和角度传感器补偿应变测量量程并计算得到水平、竖直向位移；降水蒸发循环系统包括人工降雨、日光系统；水位控制及加载系统包括水位控制箱和加载装置；监测采集系统包括光栅位移传感器、光栅孔压传感器、光栅土压传感器、传输光纤、接线光纤组成的监测系统和数据采集仪、光纤解调仪、高速摄像机、分析计算机组成的采集系统。本申请能够能够快速测量软土地基的水平与竖直位移、渗流、土压变化，并提供位移补偿。

技术领域

本申请属于岩土工程监测技术领域，涉及一种试验装置，尤其涉及基于光纤光栅测量的软土地基多向大应变模型试验系统。

背景技术

软土具有高含水率、高孔隙比、高压缩性、低强度、低承载力的工程特性，软土地基受到压力作用时会产生较大的变形，同时暴露在大气环境中的软土地基面临着地表降水、蒸发的干湿循环，以及地下水位波动的渗流场变化，多种因素共同作用于地基沉降，处于复杂的水-力耦合环境中，使土体发生各个方向的较大变形。因此，对多场耦合条件下的软土地基进行准确的多向大应变测量具有重要意义。

光纤光栅监测方法具有体积小巧、灵敏度高、耐久性好、抗电磁干扰等优点，在地质与岩土工程领域的监测得到了一定的应用，但由于其受力变形的幅度有限，其量程受限，对于软土地区的易产生的大变形如何测量还有待进一步的研究。并且现有的试验装置多侧重于利用光纤直接监测竖直向位移，如何提供一种光纤光栅测量多向应变的方法也急需进一步的研究。

发明内容

本申请的目的在于：针对背景技术中存在的问题，提供基于光纤光栅测量的软土地基多向大应变模型试验系统。通过光纤监测采集系统，全面、快速、准确监测软土地基在水-力耦合条件下的位移场、渗流场、应力场变化，并提供位移补偿，为软土地基监测提供新思路。

为实现上述目标，本申请提供了如下技术方案：

基于光纤光栅测量的软土地基多向大应变模型试验系统，包括模型试验装置和多向大应变分析系统；

所述的模型试验装置包括模型箱体、若干个多向大应变夹具、降水蒸发循环系统、水位控制及加载系统、监测采集系统；

所述的模型箱体为上开口长方体箱型密封结构，其内部可分若干层填筑压实的地基材料用于模拟软土地基；所述的地基材料由若干层砂性土层和若干层黏性土层组成；模型箱体前面板、后面板为透明钢性板，为指示模型箱体内地基材料变形在前面板、后面板表面绘制网格标记。

所述的多向大应变夹具由伸缩管、套管、弹簧、位移传感器、角度传感器、固定夹、底板组成；所述的伸缩管与套管之间通过弹簧连接，伸缩管可沿套管轴线方向滑动；所述的位移传感器贯穿于套管并与伸缩管接触，可测量伸缩管与套管之间的相对位移，并通过导线将数据传输给数据采集仪；所述的角度传感器固定安装于套管底端，可测量套管与伸缩管整体的倾斜角度，并通过导线将数据传输给数据采集仪；所述的固定夹位于伸缩管顶部，可利用紧固螺栓固定传输光纤；所述的底板固定连接在角度传感器底部，可利用若干颗螺栓固定在模型箱体左面板、右面板内表面。

所述的降水蒸发循环系统包括人工降雨系统、人工日光系统和支架；

进一步，所述的人工降雨系统由若干根降雨管、供水管道和蠕动泵组成；所述的若干根降雨管为开孔朝下的多孔管状结构，若干根降雨管平行布设并通过连接管连接为整体，用于向模型箱体中地基材料施加降雨荷载；所述的供水管道一端与外部水源连接，另一端与连接管连接，可向若干根降雨管内提供稳定水源；所述的蠕动泵位于供水管道上，可为水流提供动力来源，也可通过调整供水管道内水流速率从而调整若干根降雨管降雨幅度；