CN103334462B - 基于导电聚合物的土体变形监测系统及方法 - Google Patents

基于导电聚合物的土体变形监测系统及方法 Download PDF

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本发明公开了基于导电聚合物的土体变形监测系统及方法,包括铺设有导电聚合物的土体,铺设有导电聚合物的土体通过导线与无线数据采集仪相连,无线数据采集仪通过GPRS模块与网络连接,网络通过网络接口与数据库相连,网络及数据库与服务器相连,基于导电聚合物的土体变形监测系统根据需要融入智能交通系统;机敏导电聚合物耐久性好、成本低,自检测技术不需要在材料内部埋入传感器,避免因为外部传感器的植入引起材料的强度和性能下降等现象,而且检测准确及时,性能稳定,通过对筋材变形和受力特征信息等进行提取,可定位土体破裂面,为路基等土体加固修护提供理论依据。

Description

基于导电聚合物的土体变形监测系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及土木工程领域,尤其涉及基于导电聚合物的土体变形监测系统及方 法。
背景技术
[0002] 近年来,由高分子聚合物合成的土工材料(如土工格栅等),因其强度高、耐腐蚀、 柔性大、运输方便等优点,被广泛应用于路堤、边坡及挡土墙等土工的加筋工程。然而,有关 筋土相互作用机制和计算分析方法的研究却落后于工程实践的发展,表现在按现有某些方 法进行的计算结果,反映不了土工合成材料对改善结构物稳定性的显著作用。这表明土工 合成材料的加固机制和被加固土体的可能破坏模式还没有搞得很清楚,使得计算方法也缺 乏针对性,这样,土工合成材料的加筋应用就带有一定的盲目性,并可能严重影响其推广和 技术发展。另外,为了 了解全寿命周期内加筋土工程的稳定性,一般对加筋土体某些离散点 的沉降和水平位移等外部稳定指标进行监测,但实践表明只有加筋土内部损伤状态发展到 一定程度时,沉降等才会有明显的变化,这样往往延误最佳的加固时机。鉴于以上原因,人 们开始加强对加筋土体内部稳定指标的现场测试与研究,但目前测试手段还很不完善。
发明内容
[0003] 为解决现有技术存在的不足,本发明具体公开了基于导电聚合物的土体变形监测 系统及方法,本发明将机敏导电聚合物用于土体加固与变形自检测,能够对土体稳定性分 析方法进行验证,能够诊断加筋土体破坏状态,能够为土体安全预警提供更加合理的技术 手段。
[0004] 为实现上述目的,本发明的具体方案如下:
[0005] 基于导电聚合物的土体变形监测系统,包括铺设有导电聚合物的土体,铺设有导 电聚合物的土体通过导线与无线数据采集仪相连,无线数据采集仪并与网络连接,网络通 过网络接口与数据库相连,网络及数据库与服务器相连。
[0006] 基于导电聚合物的土体变形监测系统的土体变形监测方法,包括以下步骤:
[0007] 步骤一,在导电聚合物表面加涂一层防潮保护涂层;
[0008] 步骤二,在室内进行导电聚合物拉伸试验,测定导电聚合物变形与电阻变化间的 关系,同时模拟出导电聚合物在土体中不同围压下的容许拉应变。
[0009] 步骤三,在施工时将导电聚合物铺设到土体中,进行压实;
[0010] 步骤四,使用无线数据采集仪进行实地数据采集;
[0011] 步骤五,测出土体中各层聚合物的实际拉应变ε tl,并与对应的各层聚合物容许拉 应变进行比较;
[0012] 步骤六,设各层导电聚合物容许拉应变为ε ai,若有ε ti> ε ai,即实际导电聚合物 拉应变高于导电聚合物容许拉应变,则土体有滑裂危险,导电聚合物进行安全预警。
[0013] 所述步骤三中从土体中引出与导电聚合物接触良好且稳固的导线;
[0014] 所述导线外设有绝缘防水防腐包层;
[0015] 所述步骤五和步骤六中各层聚合物容许拉应变即为步骤二中的导电聚合物在土 体中不同围压下的容许拉应变;
[0016] 所述基于导电聚合物的土体变形监测系统可融入智能交通系统;
[0017] 在聚合物表面加涂一层防潮保护涂层,是为了防止导电聚合物在土中受到其它因 素的影响而使其电阻率变化。
[0018] 导电高分子材料目前已在能源、光电子器件、信息、传感器、分子导线和器件,以及 电磁屏蔽、金属防腐和隐身技术等领域得到了广泛应用,填充复合型导电高分子材料是应 用最广泛的导电复合材料,它是在基体聚合物中加入炭黑、碳纤维、石墨、碳纳米管等导电 填料复合而成。
[0019] 如图1所示,导电复合材料的导电行为一般呈现典型的渗滤现象,当填料含量增 加到某一阈值时,在某一区域内复合材料电阻率急剧下降,这一区域被称作渗滤区域。机 敏材料具有感知和驱动功能,某些导电高分子复合材料也具有机敏性,经过特殊设计后表 现出一些特殊效应,如拉敏效应,拉敏效应是指在外部拉力作用下导电性发生转变的过程 (低阻一高阻)。拉敏效应的出现是由于当复合材料变形超过某临界值时,导电通路被部分 破坏而呈尚阻态。
[0020] 在实际应用中可通过电阻率的变化来确定材料的各性能指标的变化规律。当导电 聚合物受到外力作用时,材料本身发生形变,土体变形处的电阻率发生显著变化,此时,通 过对采集到的实时数据的分析来判断土体滑裂面的位置、方位,监测滑裂面演化过程。
[0021] 通过监测潜在滑裂面位置,可对土体变形破坏进行安全预警。因此,作为加筋材料 可以有效地提高土体的稳定性,降低土体被破坏的风险。
[0022] 所述步骤四中该系统可融入智能交通系统,实用、准确和高效,可适于对高大路基 和挡墙等进行大范围、全方位监测。
[0023] 本发明的有益效果:
[0024] 本发明将基于导电聚合物的拉敏效应,提出一套全寿命周期内土体内部变形检测 技术,依托该技术对潜在的裂缝滑裂面进行定位,机敏导电聚合物用于土体加固与变形自 检测,利用导电聚合物的拉敏效应,提出筋材变形分布式自检测技术。
[0025] 机敏导电聚合物耐久性好、成本低,自检测技术不需要在材料内部埋入传感器,避 免因为外部传感器的植入引起材料的强度和性能下降等现象,而且检测准确及时,性能稳 定,通过对筋材变形和受力特征信息等进行提取,可定位土体破裂面,为路基等土体加固修 护提供理论依据,能够对土体稳定性分析方法进行验证,能够诊断加筋土体破坏状态,能够 为土体安全预警提供更加合理的技术手段,本发明有着广阔的应用前景。
附图说明
[0026] 图1导电聚合物渗滤现象示意图;
[0027] 图2变形信息实时采集、传输与分析系统网络拓扑结构图;
[0028] 图3可变形自检测的路基加固不意图;
[0029] 图4可变形自检测的挡土墙加固示意图;
[0030] 图中,1路基,2导电聚合物,3筋材,4墙体,5护脚,6基础,7接点,8导线。
具体实施方式:
[0031] 下面结合附图对本发明进行详细说明:
[0032] 基于导电聚合物的土体变形监测系统,包括铺设有导电聚合物2的土体,铺设有 导电聚合物2的土体通过导线8与无线数据采集仪相连,无线数据采集仪并与网络连接,网 络通过网络接口与数据库相连,网络及数据库与服务器相连。
[0033] 导线8通过接点7与导电聚合物2连接。
[0034] 基于导电聚合物的土体变形监测系统的土体变形监测方法,包括以下步骤:
[0035] 步骤一,在导电聚合物2表面加涂一层防潮保护涂层;
[0036] 步骤二,在室内进行导电聚合物2拉伸试验,测定导电聚合物2变形与电阻变化间 的关系,同时模拟出导电聚合物2在土体中不同围压下的容许拉应变;
[0037] 步骤三,在施工时将导电聚合物2铺设到土体中,进行压实;
[0038] 步骤四,使用无线数据采集仪进行实地数据采集;
[0039] 步骤五,测出土体中各层聚合物的实际拉应变ε tl,并与对应的各层聚合物容许拉 应变进行比较;
[0040] 步骤六,设各层导电聚合物2容许拉应变为ε31,若有etl>e al,即实际导电聚合 物2拉应变高于导电聚合物2容许拉应变,则土体有滑裂危险,导电聚合物2进行安全预 警。
[0041] 所述步骤三中从土体中引出与导电聚合物2接触良好且稳固的导线8 ;
[0042] 所述导线8外设有绝缘防水防腐包层;
[0043] 所述步骤五和六中各层聚合物容许拉应变即为步骤二中的导电聚合物2在土体 中不同围压下的容许拉应变;
[0044] 如图2所示,所述基于导电聚合物的土体变形监测系统根据需要融入智能交通系 统;
[0045] 在室内进行聚合物拉伸试验,测定聚合物变形与电阻变化间的关系,可以得到如 下公式
Figure CN103334462BD00051
叫做归一化电阻,可以被视为标准电阻率,ε为应变值, a、b、c为系数,当使用不同填料时,系数随填料种类发生改变。同时确定出聚合物在混凝土 中的容许拉应变ε a,如若高于该值,则混凝土有开裂风险。
[0046] 实例一:路基1变形监测
[0047] 在道路施工时,为保证路基1的稳定性,一般均采用加固措施,即采用加筋土的方 法来保护路基1的整体稳定性。
[0048] 如图3所示,根据工程实际情况,将以炭黑为填料(其电阻率与应变关系式为
Figure CN103334462BD00052
的导电聚合物2加筋材料铺设到路基1中。为使导电聚合物2作 用显著,可铺设多层。每铺设一层均需随路基2 -起压实,在各层导电聚合物2上选出适当 个数的测点,与导线8连接牢固并将导线8引出。当路基1工程完成后,筋材3和土体随时 间推移产生变形,因此,在固定周期内对其进行变形监测。使用数据采集仪器,采集各测点 间的电阻变化,以此进行潜在裂缝滑裂面的定位,在路基1破坏前做出相应的修复工作,实 现路基破坏的安全预警。
[0049] 实例二:加筋挡土墙变形监测
[0050] 如图4所示,在挡土墙施工中,为保证其稳固,在墙的内部铺设多层以碳纳米管 (其电阻率与应变关系为
Figure CN103334462BD00061
为填料的导电聚合物2加筋材料,在各 层导电聚合物2上选出适当个数的测点,与导线8连接牢固并将导线8引出。墙体4的附 近设有一护脚5,墙体4设置在基础6上,当土体发生形变时,筋材3也随之产生形变,同时 给予土体一反力,以减少墙体4的变形,保证其稳定性,筋材3变形后,电阻率发生变化,受 拉处电阻升高,监测人员通过由无线数据采集仪组成的网络拓扑系统进行实时监测,以观 测筋材3的电阻率数据变化,从而对土体的潜在滑动断裂面进行定位并判断墙体4的破坏 风险程度,并以此为依据,做好相应养护检修工作。

Claims (4)

1. 基于导电聚合物的土体变形监测系统的土体变形监测方法,所述基于导电聚合物的 土体变形监测系统,包括铺设有导电聚合物的土体,铺设有导电聚合物的土体通过导线与 无线数据采集仪相连,无线数据采集仪通过GPRS模块与网络连接,网络通过网络接口与数 据库相连,网络及数据库与服务器相连; 其特征是,包括以下步骤: 步骤一,在导电聚合物表面加涂一层防潮保护涂层; 步骤二,在室内进行导电聚合物拉伸试验,测定导电聚合物变形与电阻变化间的关系, 同时模拟出导电聚合物在土体中不同围压下的容许拉应变; 在室内进行聚合物拉伸试验,测定聚合物变形与电阻变化间的关系,得到如下公式: 叾- =i«r2+i«? +c,其中;^叫做归一化电阻,被视为标准电阻率,ε为应变值,a、b、c为系 数,当使用不同填料时,系数随填料种类发生改变; 步骤三,在施工时将导电聚合物铺设到土体中,进行压实; 步骤四,使用无线数据采集仪进行实地数据采集; 步骤五,测出土体中各层聚合物的实际拉应变εtl,并与对应的各层聚合物容许拉应变 进行比较; 步骤六,设各层导电聚合物容许拉应变为eal,若有eti>eai,即实际导电聚合物拉应 变高于导电聚合物容许拉应变,则土体有滑裂危险,导电聚合物进行安全预警; 当导电聚合物受到外力作用时,材料本身发生形变,土体变形处的电阻率发生显著变 化,此时,通过对采集到的实时数据的分析来判断土体滑裂面的位置、方位,监测滑裂面演 化过程。
2. 如权利要求1所述的一种基于导电聚合物的土体变形监测方法,其特征是,所述步 骤三中土体中引出与导电聚合物接触良好且稳固的导线。
3. 如权利要求1所述的一种基于导电聚合物的土体变形监测方法,其特征是,所述导 线外设有绝缘防水防腐包层。
4. 如权利要求1所述的一种基于导电聚合物的土体变形监测方法,其特征是,所述步 骤五和步骤六中各层聚合物容许拉应变即为步骤二中的导电聚合物在土体中不同围压下 的容许拉应变。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107460899A (zh) * 2017-08-31 2017-12-12 湖南工业大学 一种膨胀土边坡监测与防护系统
CN108362738A (zh) * 2018-02-02 2018-08-03 山西省交通科学研究院 基于力-电机敏特性的沥青路面结构破坏预警方法
CN113418965A (zh) * 2021-06-18 2021-09-21 深圳格通无线科技有限公司 一种工程结构健康监测方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2687608Y (zh) * 2004-04-12 2005-03-23 邓安仲 一种连续监测受力构件变形、开裂的装置
WO2007107293A1 (de) * 2006-03-21 2007-09-27 Hottinger Baldwin Messtechnik Gmbh Dehnungsmessstreifen und messgrössenaufnehmer mit mindestens einem dehnungsmessstreifen
CN201477060U (zh) * 2009-09-07 2010-05-19 万瑾琳 基于导电涂料的裂缝检测装置
CN101793020A (zh) * 2010-03-04 2010-08-04 中国矿业大学 一种土工格栅应变测试装置及其测试方法
CN202247966U (zh) * 2011-07-25 2012-05-30 余闯 一种模拟复杂荷载条件下桩承式路堤模型试验装置
CN102852129A (zh) * 2012-09-17 2013-01-02 中交第一公路勘察设计研究院有限公司 路基长期大变形自动监测系统及其监测方法
CN202672131U (zh) * 2012-05-22 2013-01-16 河南城建学院 一种监测真空预压处理地基土分层沉降的无线监测系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8752438B2 (en) * 2009-01-16 2014-06-17 The Board Of Regents Of The University Of Oklahoma Sensor-enabled geosynthetic material and method of making and using the same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2687608Y (zh) * 2004-04-12 2005-03-23 邓安仲 一种连续监测受力构件变形、开裂的装置
WO2007107293A1 (de) * 2006-03-21 2007-09-27 Hottinger Baldwin Messtechnik Gmbh Dehnungsmessstreifen und messgrössenaufnehmer mit mindestens einem dehnungsmessstreifen
CN201477060U (zh) * 2009-09-07 2010-05-19 万瑾琳 基于导电涂料的裂缝检测装置
CN101793020A (zh) * 2010-03-04 2010-08-04 中国矿业大学 一种土工格栅应变测试装置及其测试方法
CN202247966U (zh) * 2011-07-25 2012-05-30 余闯 一种模拟复杂荷载条件下桩承式路堤模型试验装置
CN202672131U (zh) * 2012-05-22 2013-01-16 河南城建学院 一种监测真空预压处理地基土分层沉降的无线监测系统
CN102852129A (zh) * 2012-09-17 2013-01-02 中交第一公路勘察设计研究院有限公司 路基长期大变形自动监测系统及其监测方法

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