[发明专利]基于分布式光纤应变传感技术的地基沉降监测系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于分布式光纤应变传感技术的地基沉降监测系统及方法，首先通过地质资料预估待监测区域地基沉降影响范围，然后在待监测区域开钻倾斜孔；在倾斜孔内植入光纤应变传感器和光纤温度传感器，之后在钻孔中灌入充填物，保证光纤与周围介质协调变形；将光纤传感器连接至分布式光纤应变采集仪，搭建好地基沉降监测系统，确定采样率，采集初始数据，校正光纤传感器植入的长度；采用与初始采集数据相同的参数按监测频率采集数据；最后按照地基沉降与应变之间的转换关系式计算地基沉降。本发明结构简单、施工容易、使用方便、稳定性好、实用性强。为地基变形沉降评价和地基变形机理研究提供可靠、丰富的数据。

技术领域

本发明属于工程建筑领域，涉及一种地基沉降监测技术，具体涉及一种基于分布式光纤应变传感技术的地基沉降监测系统及方法。用于解决大面积地基处理后或者既有建筑物地基沉降时，地基沉降点式监测仪器安装困难，监测点不够，监测效率低等问题；是一种能提高监测点的数量和数据采集频次，能远程实时且施工容易的监测系统。

背景技术

地基沉降是指地基土层在附加应力作用下压密而引起的地基表面下沉。过大的沉降会使建筑物发生倾斜、开裂以致不能正常使用。沉降的因素有很多，从内因上讲，地基沉降可能由于土层的孔隙发生了压缩变形，引起竖直方向上的变形。而从外因上讲，可能由于外荷载作用下，使地基产生了附加应力，让土地原有的应力发生了变化。地基变形监测是获取建(构)筑物地基健康状况的重要手段，是工程建筑寿命全周期监测的重要组成部分。地基沉降监测是地基变形监测的核心内容之一，是考察地基在自身重力、基础荷载以及外部因素作用下，地基岩土体变形变化特征的主要手段。地基沉降监测是分析地基变形层位和变形机理的重要过程，对地基沉降变形观测和研究具有关键作用。

地基沉降监测目前主要使用分层沉降仪，其方法是在地基施工过程中预埋导管或利用钻机在地基中钻进至预定深度；将分层沉降仪支撑脚用可溶解绳索捆扎，按照设计要求下放至导管或钻孔中；注水将绳索溶解，使沉降仪支撑脚固定在地基上；标定孔口高度，用干净的细沙回填导管或钻孔；获取沉降仪竖直方向的变形信息，得到地基不同深度部位岩土体的沉降量。分层沉降仪是在选定的若干点位进行监测，属于点式监测，在空间上是不连续的，无法获取平面上连续的沉降观测数据。针对地基处理施工完成后，或者既有建筑物的地基沉降观测或者地面沉降观测实施操作困难，不能远程，时间上也不能连续观测，相关人员提出基于光纤技术的地基沉降观测系统，其中，基于光纤光栅传感技术的地基沉降监测与传统监测方法一样，属于点式监测，且光纤光栅植入地基成活率低，传感器单价高；目前，基于分布式光纤应变传感技术的地基沉降观测，是将光纤植入竖直钻孔中，利用获得的应变评估地基沉降。分布式光纤应变传感主要测试光纤的受拉应变，竖直植入光纤，导致光纤主要是受压，所以据此给出的地基沉降计算模型不严谨，且现有的施工方法较复杂。因此，考虑光纤本身的特性和优势，结合地基沉降特征，有必要采取一种更好的基于分布式光纤应变传感技术的地基沉降观测系统，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是针对地基沉降变形监测的需要，及当前应用分布式光纤应变传感技术监测地基沉降中存在的问题，提供一种施工工艺简单、地基沉降模型参数明确，间接提高监测量程的适用于地基沉降长期在线观测的监测系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明提供了一种基于分布式光纤应变传感技术的地基沉降监测系统，其特征在于：包括倾斜设于地基内的光纤应变传感器和与光纤应变传感器相连的分布式光纤应变采集仪，通过分布式光纤应变采集仪采集倾斜设置的光纤应变传感器上的应变，通过地基沉降与应变之间的转换关系式计算地基沉降，公式如下：

S（j）表示第j次测量后地基沉降；L表示光纤应变传感器的总长度；C表示光纤应变传感器的采样间隔；表示第j次测量时，光纤应变传感器上第i段光纤的相对应变；表表示光纤植入的倾斜角度θ。