CN103292719A

CN103292719A - 利用分布式光纤测量土工布受力结构变形和受力的方法

Info

Publication number: CN103292719A
Application number: CN2012100735973A
Authority: CN
Inventors: 汪璋淳; 何宁; 何斌; 钱亚俊; 章为民; 沈雪松; 高长胜; 郑澄峰; 黄康理; 李登华; 王国利; 周彦章; 朱群峰
Original assignee: LIANYUNGANG PORT 300 000 TONS FAIRWAY CONSTRUCTION HEADQUARTERS; Nanjing Hydraulic Research Institute of National Energy Administration Ministry of Transport Ministry of Water Resources
Current assignee: LIANYUNGANG PORT 300 000 TONS FAIRWAY CONSTRUCTION HEADQUARTERS; Nanjing Hydraulic Research Institute of National Energy Administration Ministry of Transport Ministry of Water Resources
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2032-03-20
Also published as: CN103292719B

Abstract

利用分布式光纤测量土工布受力结构变形和受力的方法：⑴对土工布表面的被测位置进行清洁；⑵在被测布上铺设并采用胶结方法将相互平行的两组传感光纤固定在被测土工布表面，其中一组为测量光纤，平行的另外一组为测量比对光纤；⑶从两组传感光纤的端部分别引出跳线接头；⑷将传感光纤的跳线接头与连接光缆相连，该连接光缆与分布式光纤测量仪器相连；⑸采用分布式光纤测量仪器测量土工布应变和变形数据，通过该应变和变形数据计算出土工布受力状况。本发明简便易行、成本低，能够准确测量大变形的土工布受力结构的变形和受力，测量精度满足工程实际测量需要；且可以采用多组光纤进行数据对比分析，提高测量精度。

Description

利用分布式光纤测量土工布受力结构变形和受力的方法

技术领域

本发明涉及一种测量方法，具体涉及一种利用分布式光纤测量土工布受力结构变形和受力的方法。国家高科技研究发展计划（863计划）资助（课题编号：2012AA112509）。

背景技术

目前采用土工布缝制成充灌袋，袋中充灌砂筑堤的大型充灌袋筑堤技术已得到广泛应用，但是对于该筑堤技术中充灌袋体土工布的变形和受力及其功能发挥情况，由于缺乏有效的测量手段，不能准确定量地对其进行评估，使得土工布材料选择设计只能根据经验方法进行设计，过去曾经尝试采用应变计等测量方法对类似土工布受力结构的变形和受力进行监测，但是一般应变计的测量量程远小于土工布受力结构体的变形范围，无法对土工布受力结构的变形和受力进行有效检测，也尝试采用大量程位移计进行检测，但是由于位移计其监测仪器结构本身刚度远大于土工布的刚度，使测量结果与实际情况形成很大的误差，导致最后诸如此类的工程中对土工布受力结构的变形和受力测量的尝试以失败告终，当前可用于土工布受力结构变形和受力的测量方法基本为空白。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种利用分布式光纤测量土工布受力结构变形和受力的方法，这种方法能做到对工程设施的每一个部位进行监测与监控，并且达到以下技术效果：测量精度高（测量精度最高可达1με），分布式测量（最小测点分布式间距0.05m），测量抗干扰能力强，测量距离长（最长可达30km），非常适合大长度的土工布受力结构的变形和受力的测量，测量速度快，传感器成本低等特点，实现对土工布受力结构的变形和受力的迅速准确测量，可以填补土工布受力结构变形和受力测量方法的空白。

完成上述发明任务的技术方案是，一种利用分布式光纤测量土工布受力结构变形和受力的方法，其特征在于，步骤如下：

⑴．工程现场土工布充灌袋铺设完成以后，对土工布表面的被测位置进行清洁；

⑵，在被测布上铺设并采用胶结方法将相互平行的两组传感光纤固定在被测土工布表面，其中一组传感光纤为测量光纤，平行于该测量光纤的另外一组传感光纤光纤为测量比对光纤；

⑶．从两组传感光纤的端部分别引出跳线接头，以备进入分布式光纤测量系统；

⑷．将步骤⑶得到的传感光纤的跳线接头与连接光缆相连，该连接光缆与分布式光纤测量仪器相连；

⑸，采用分布式光纤测量仪器测量土工布应变和变形数据，通过该应变和变形数据计算出土工布受力状况。

本发明是基于布里渊散射的分布式光纤传感监测技术，与常规的监测技术原理不同，它具有分布式、长距离、实时性、精度高和耐久性长等特点，能做到对工程设施的每一个部位进行监测与监控，相比传统监测技术分布式光纤传感技术具有以下特点：（1）光纤集传感器和传输介质为一身，安装方便，易于构成自动化监测系统，性价比高，(2)可以进行光纤沿线任意点空间连续测量，测量距离长、范围大、信息量大，大大降低传统点式方法检测的漏检率，（3）传感光纤应变测量量程大，远大于传统应变计的应变测量量程，(4)光纤传感器的结构简单，体积小，传感光纤可以根据被测物的需要制作成各种不同刚度的分布式光纤传感器，对安装埋设部位的物理性能影响很小，测量灵敏度高，抗电磁干扰、抗雷击，可靠性高。

本发明所要解决的技术问题，在于针对当前土工布受力结构变形和受力测量方法的空白现状，根据土工布受力结构大变形特点，充分利用分布式光纤传感测量技术特点和可用于大应变测量的优点，提供一种利用当前先进的分布式光纤传感技术测量土工布受力结构变形和受力的方法，包括土工布受力结构变形和受力测量的分布式传感光纤结构型式，分布式传感光纤在土工布受力结构表面的安装布置结构型式，传感光纤与土工布受力结构的连接和胶结方法。该方法简单易行，成本很低，适应于任何结构型式土工布受力结构的变形和受力的测量，且可以实现自动化测量，试验成果和工程应用实测结果表明其测量精度和准确性较高。

换言之，本发明利用光纤测量土工布受力结构变形和受力的方法，包含以下几个部分：

1、用于土工布受力结构的变形和受力监测的柔性传感光纤，该传感光纤可以避免布设传感光纤后对被测土工布的刚度产生明显影响，从而提高测量结果的准确性。由于土工布变形模量相对较小，用于其变形和受力测量的传感光纤变形模量按小于被测土工布的10%设计，设计传感光纤护套材料为橡胶材料，填料为柔性填料，光纤直径为2mm，如图1所示；

2、传感光纤在土工布表面布设方法和土工布与传感光纤的胶结方法。清洁被测土工布受力结构表面，在被测土工布受力结构测量线位置刷一层柔性底胶（703胶），底胶风干以后在底胶上铺设测量用分布式传感光纤，用快速粘结胶（502胶）每隔0.5m将分布式传感光纤固定在刷好底胶的土工布上，传感光纤上部涂抹厚2mm、宽10mm的柔性胶（703胶）进行保护，测量方法中传感光纤在受力土工布上布设结构示意图如图2所示，传感光纤与土工布的胶结方式如图3所示；

3、将铺设好传感光纤并完成保护结构的受力土工布铺设安装到位，传感光纤从端部引出连接好光纤跳线接头以备进入分布式光纤测量系统；

4、传感光纤与连接光缆对接并接入检测仪器，采用目前最先进的分布式光纤传感技术测量土工布受力结构的应变特性，分布式光纤传感技术可实现自动化测量，通过被测土工布受力结构应变特性即可逐点计算得到土工布受力结构的变形特性，结合土工布受力结构的变形模量计算得到其受力情况。

本发明所述传感光纤直径2mm，极限抗拉强度不小于1000N，极限变形能力不小于3%,变形模量小于被测土工布受力结构的10%；所述传感光纤与土工布的结构胶为703胶或类似特性柔性结构胶。

本发明利用光纤测量土工布受力结构变形和受力的方法，利用当前先进的分布式光纤测量技术的测量精度高（测量精度最高可达1με），分布式测量（最小测点分布式间距0.05m），测量抗干扰能力强，测量距离长（最长可达30km），非常适合大长度的土工布受力结构的变形和受力的测量，测量速度快，传感器成本低等特点，实现对土工布受力结构的变形和受力的迅速准确测量，可以填补土工布受力结构变形和受力测量方法的空白。以本发明在室内开展土工布受力结构变形和受力测量试验并应用于实际工程，室内试验成果表明本发明测得土工布受力结构应变值与全自动压力机测值对比两者绝对误差小于30με，相对误差均小于3%，说明本发明测量土工布受力结构的变形和受力具有较高的测量精度，完全能够满足工程实际测量需要。实际工程应用成果表明平行布置的两条分布式光纤测的相对应位置的土工布变形和受力的一致性较好，如图4所示，该测量方法的测量精度、测量量程、可靠性等都可以满足工程中大变形的土工布受力结构的变形和受力测量需要。

本发明具有以下效果：

1、采用现有的分布式光纤测量技术应用到土工布受力结构的变形和受力测量，该方法简便易行、成本低，能够准确测量大变形的土工布受力结构的变形和受力，测量精度满足工程实际测量需要；

2、传感光纤体积小，应变测量量程大，本发明采用配套特殊加工的传感光纤，铺设安装传感光纤后对被测土工布的变形和受力基本不产生影响，测量结果准确反应受力土工布的实际变形和受力状态，且可以采用多组光纤进行数据对比分析，提高测量精度；

3、扩展了分布式光纤传感技术测量的应用领域。

附图说明

图1、是本发明的传感光纤结构示意图；

图2、是本发明的土工布受力结构变形和受力的测量方法结构示意图；

图3、是本发明的光纤与土工布胶接示意图；

图4、是本发明的工程应用测量结果的曲线图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实例。

实施例1：利用分布式光纤测量土工布受力结构变形和受力的方法。

参照图1：纤芯1的外面包有柔性层2，与护套3。

如图2和图3所示，利用光纤光栅测量土工布变形和受力的方法，它包含以下步骤：

⑴．工程现场土工布充灌袋铺设完成以后，对被测土工布位置土工布8的表面进行清洁，在被测布上铺设并采用前面所述传感光纤在土工布表面布设方法和土工布与传感光纤的胶结方法将相互平行的2组传感光纤固定在被测土工布表面，其中一组为测量光纤4，平行测量光纤4的另外一组光纤为测量比对光纤5；上面加有保护层6；下面有底胶7。

⑵．传感光纤从端部引出（引出端9）并连接好光纤跳线接头以备进入分布式光纤测量系统；

⑶．将传感光纤的跳线接头与连接光缆相连，光缆与分布式光纤测量仪器相连，采用当前先进的分布式光纤测量技术测量土工布应变和变形，通过测得土工布应变计算土工布受力。

实施例2：

与实施例1基本相同，不同之处在于在室内将传感光纤采用前面所述传感光纤在土工布表面布设方法和土工布与传感光纤的胶结方法铺设在变形模量更小的15cm宽度的土工布上后再运输到现场，工程现场土工布充灌袋铺设完成后，平整和清洁其被测表面后将胶结好传感光纤的15cm宽度土工布以缝制方法连接在被测土工布表面。

Claims

1. 一种利用分布式光纤测量土工布受力结构变形和受力的方法，其特征在于，步骤如下：

2. 根据权利要求1所述的利用分布式光纤测量土工布受力结构变形和受力的方法，其特征在于，步骤⑵所述的两组传感光纤，其变形模量按小于被测土工布变形模量的10%设计。

3. 根据权利要求1所述的利用分布式光纤测量土工布受力结构变形和受力的方法，其特征在于，步骤⑵所述的两组传感光纤的结构是：在传感光纤纤芯外部包覆有传感光纤护套；在该传感光纤护套与该传感光纤纤芯之间有填料；所述的传感光纤护套采用橡胶材料；所述的填料采用柔性填料，所述的传感光纤纤芯直径为2mm。

4. 根据权利要求1所述的利用分布式光纤测量土工布受力结构变形和受力的方法，其特征在于，步骤⑵所述的胶结方法的具体操作步骤是：在被测土工布受力结构测量线位置刷一层柔性底胶，底胶风干以后在底胶上铺设测量用分布式传感光纤，用快速粘结胶将分布式传感光纤固定在刷好底胶的土工布上，传感光纤上部涂抹柔性胶进行保护。

5. 根据权利要求4所述的利用分布式光纤测量土工布受力结构变形和受力的方法，其特征在于，步骤⑵所述的柔性底胶采用703胶；所述的快速粘结胶采用502胶；所述进行保护的柔性胶也采用703胶。

6. 根据权利要求5所述的利用分布式光纤测量土工布受力结构变形和受力的方法，其特征在于，步骤⑵所述的将分布式传感光纤固定在刷好底胶的土工布上，是每隔0.5m设置一个胶结固定点。

7. 根据权利要求4或5所述的利用分布式光纤测量土工布受力结构变形和受力的方法，其特征在于，步骤⑵所述的，进行保护的柔性胶，涂抹厚度为2mm、涂抹宽度为10mm。