CN105780821A - 一种室内模型桩桩身光纤光栅和桩土界面传感器布设装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于桩基工程技术领域，涉及一种室内模型桩桩身光纤光栅和桩土界面传感器布设装置，模型桩的外侧壁上均匀开有第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽，第一凹槽内安装有采用铠装光缆串联的光纤光栅传感器，第三凹槽和第三凹槽分别安装有铠装光缆串联的硅压阻式土压力传感器和屏蔽防水导线串联的硅压阻式孔隙水压力传感器；模型桩的底部开有开孔，开孔内安装有测头朝下的硅压阻式土压力传感器，开孔余第二凹槽之间开有第四凹槽，其结构简单，操作简便，高效快捷，节约成本，可在室内模型试验测试桩身内力和桩土界面应力时广泛应用。

Description

一种室内模型桩桩身光纤光栅和桩土界面传感器布设装置

技术领域：

本发明属于桩基工程技术领域，涉及一种室内模型桩桩身内力和桩土界面土压力及水压力测试设备，特别是一种室内模型桩桩身光纤光栅和桩土界面传感器布设装置。

背景技术：

中国是静压桩“大国”，静压桩用量巨大，在建设工程中占有很大的比重，迫切需要静压桩技术的提高，为了更好的从细观上研究静压桩全时程受力，需要同时揭示桩身内力和桩土界面应力的全部发展变化。按测试试验类型，静压桩的试验测试，可分为室内模型试验和原位试验，室内模型试验成本较低，试验条件容易控制，可以较好的模拟现场的工程情况，也可以更直观的反映沉桩过程中桩身内力和桩土界面应力的变化情况，原位试验可以测定难于取得不扰动土样的有关工程力学性质，可避免取样过程中应力释放的影响；但是各种原位测试有其适用条件，有些理论往往建立在统计经验的关系上等，影响原位测试成果的因素较为复杂，使得对测定值的准确判定造成一定的困难，中国专利201510690779.9公开了一种桩土界面土和孔隙水压力测试装置及方法，但是该装置及方法仅适用于现场桩土界面土压及水压力的测试，未针对室内模型桩桩身光纤光栅和桩土界面土压及水压传感器布设装置及方法进行详细开发研究。因此，基于室内模型试验，开发一种室内模型桩桩基内力、桩土界面土压及水压力传感器布设装置及方法成为一个刻不容缓的工作。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种室内模型桩桩身光纤光栅和桩土界面土压及水压传感器布设装置，通过在模型桩桩身表面机械开槽，在槽体内安装传感器，可以同时测试桩身内力和桩土界面应力的发展变化，更好的从细观上研究静压桩全时程受力。

为了实现上述目的，本发明的主体结构包括模型桩、第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽、第四凹槽、开孔、光纤光栅传感器、硅压阻式土压力传感器、硅压阻式孔隙水压力传感器、铠装光缆和屏蔽防水导线；模型桩的外侧壁上均匀开有竖向的第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽，第一凹槽内安装有采用铠装光缆串联的光纤光栅传感器，第三凹槽和第三凹槽分别安装有铠装光缆串联的硅压阻式土压力传感器和屏蔽防水导线串联的硅压阻式孔隙水压力传感器；模型桩的底部开有开孔，开孔内安装有测头朝下的硅压阻式土压力传感器，开孔余第二凹槽之间开有第四凹槽，开孔内的硅压阻式土压力传感器采用铠装光缆通过第四凹槽进入第二凹槽，并从模型桩顶部引出；第三凹槽内底部的硅压阻式孔隙水压力传感器测头朝下，串联硅压阻式孔隙水压力传感器的屏蔽防水导线通过第三凹槽后从模型桩顶部引出。

本发明所述模型桩采用POM实心圆棒，POM强度、刚度高，力学性能优异，符合本装置的测试要求；光纤光栅传感器采用微型光纤光栅应变传感器，直径为1mm，长度为10mm，第一凹槽的深度为6mm，宽度为6mm；硅压阻式土压力传感器和硅压阻式孔隙水压力传感器均采用微型硅压阻式压力传感器，自身封装形式为将硅应变片用玻璃粉直接烧结在金属膜片上构成烧结型压力传感器；硅压阻式土压力传感器的直径为20mm，高度为10mm，铠装光缆的直径为3mm，第二凹槽的深度为15mm，宽度为20mm，第四凹槽的深度为5mm，宽度为3mm；硅压阻式孔隙水压力传感器的直径为6mm，高度为15mm，屏蔽防水导线的直径为5mm，第三凹槽的深度为20mm，宽度为6mm。

本发明对室内模型桩桩身光纤光栅和桩土界面传感器布设的具体过程为：

(1)、将模型桩截面3等分，分别进行机械开槽，形成第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽，在模型桩桩端底部用开口器开口，形成开孔，开孔与第二凹槽中间开槽，形成第四凹槽；

(2)、分别在第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽内底部放入一层植筋胶，先将光纤光栅传感器植入在第一凹槽的1/2深度处，相邻的光纤光栅传感器之间用铠装光缆等间距150mm串联；再将采用铠装光缆等间距150mm串联的硅压阻式土压力传感器和采用屏蔽防水导线等间距150mm串联的硅压阻式孔隙水压力传感器分别植入第二凹槽和第三凹槽内，同时保证硅压阻式土压力传感器和硅压阻式孔隙水压力传感器接触面与模型桩表面齐平；光纤光栅传感器、硅压阻式土压力传感器、硅压阻式孔隙水压力传感器距离模型桩顶部和底部均为50mm；串联硅压阻式土压力传感器的铠装光缆和串联硅压阻式孔隙水压力传感器的屏蔽防水导线均布设在相应传感器下面；

(3)、在开孔内放入硅压阻式土压力传感器，且测头朝下，保证硅压阻式土压力传感器的接触面与模型桩的桩端底部齐平，串联硅压阻式土压力传感器的铠装光缆通过第四凹槽进入第二凹槽底部，以便铠装光缆出线；在模型桩桩端底部第三凹槽内放入硅压阻式孔隙水压力传感器，且测头朝下，保证硅压阻式孔隙水压力传感器接触面与桩端底部齐平，串联硅压阻式孔隙水压力传感器的屏蔽防水导线进入第三凹槽底部，以便屏蔽防水导线出线；第一凹槽、第二凹槽内的铠装光缆和第三凹槽内的屏蔽防水导线均在距离模型桩顶部30mm出线；

(5)、用植筋胶将第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽和第四凹槽全部封装，第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽的封装面与模型桩表面齐平，凹槽封装面与模型桩桩端底部齐平，完成室内模型桩桩身光纤光栅和桩土界面传感器的布设。

本发明与现有技术相比，实现了室内同时测试桩身内力和桩土界面应力的方法，其结构简单，操作简便，高效快捷，节约成本，可在室内模型试验测试桩身内力和桩土界面应力时广泛应用。

附图说明：

图1为本发明的主体结构原理示意图。

图2为本发明涉及的凹槽、开孔模型桩的俯视结构原理示意图。

图3为本发明涉及的光纤光栅传感器、硅压阻式土压力计传感器和硅压阻式孔隙水压力传感器模型桩的俯视结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步详细描述。

实施例：

本实施例的主体结构包括模型桩1、第一凹槽2、第二凹槽3、第三凹槽4、第四凹槽5、开孔6、光纤光栅传感器7、硅压阻式土压力传感器8、硅压阻式孔隙水压力传感器9、铠装光缆10和屏蔽防水导线11；模型桩1的外侧壁上均匀开有竖向的第一凹槽2、第二凹槽3和第三凹槽4，第一凹槽2内安装有采用铠装光缆10串联的光纤光栅传感器7，第三凹槽3和第三凹槽4分别安装有铠装光缆10串联的硅压阻式土压力传感器8和屏蔽防水导线11串联的硅压阻式孔隙水压力传感器9；模型桩1的底部开有开孔6，开孔6内安装有测头朝下的硅压阻式土压力传感器8，开孔6余第二凹槽3之间开有第四凹槽5，开孔内的硅压阻式土压力传感器8采用铠装光缆10通过第四凹槽5进入第二凹槽3，并从模型桩1顶部引出；第三凹槽4内底部的硅压阻式孔隙水压力传感器9测头朝下，串联硅压阻式孔隙水压力传感器9的屏蔽防水导线11通过第三凹槽4后从模型桩1顶部引出。

本实施例所述模型桩1采用POM实心圆棒，POM强度、刚度高，力学性能优异，符合本装置的测试要求；光纤光栅传感器7采用微型光纤光栅应变传感器，直径为1mm，长度为10mm，第一凹槽2的深度为6mm，宽度为6mm；硅压阻式土压力传感器8和硅压阻式孔隙水压力传感器9均采用微型硅压阻式压力传感器，自身封装形式为将硅应变片用玻璃粉直接烧结在金属膜片上构成烧结型压力传感器；硅压阻式土压力传感器8的直径为20mm，高度为10mm，铠装光缆10的直径为3mm，第二凹槽3的深度为15mm，宽度为20mm，第四凹槽5的深度为5mm，宽度为3mm；硅压阻式孔隙水压力传感器9的直径为6mm，高度为15mm，屏蔽防水导线11的直径为5mm，第三凹槽4的深度为20mm，宽度为6mm。

本实施例对室内模型桩桩身光纤光栅和桩土界面传感器布设的具体过程为：

(1)、将模型桩1截面3等分，分别进行机械开槽，形成第一凹槽2、第二凹槽3和第三凹槽4，在模型桩1桩端底部用开口器开口，形成开孔6，开孔6与第二凹槽3中间开槽，形成第四凹槽5；

(2)、分别在第一凹槽2、第二凹槽3和第三凹槽4内底部放入一层植筋胶，先将光纤光栅传感器7植入在第一凹槽2的1/2深度处，相邻的光纤光栅传感器7之间用铠装光缆10等间距150mm串联；再将采用铠装光缆10等间距150mm串联的硅压阻式土压力传感器8和采用屏蔽防水导线11等间距150mm串联的硅压阻式孔隙水压力传感器9分别植入第二凹槽3和第三凹槽4内，同时保证硅压阻式土压力传感器8和硅压阻式孔隙水压力传感器9接触面与模型桩1表面齐平；光纤光栅传感器7、硅压阻式土压力传感器8、硅压阻式孔隙水压力传感器9距离模型桩1顶部和底部均为50mm；串联硅压阻式土压力传感器8的铠装光缆10和串联硅压阻式孔隙水压力传感器9的屏蔽防水导线11均布设在相应传感器下面；

(3)、在开孔6内放入硅压阻式土压力传感器8，且测头朝下，保证硅压阻式土压力传感器8的接触面与模型桩1的桩端底部齐平，串联硅压阻式土压力传感器8的铠装光缆10通过第四凹槽5进入第二凹槽3底部，以便铠装光缆10出线；在模型桩1桩端底部第三凹槽4内放入硅压阻式孔隙水压力传感器9，且测头朝下，保证硅压阻式孔隙水压力传感器9接触面与桩端底部齐平，串联硅压阻式孔隙水压力传感器9的屏蔽防水导线11进入第三凹槽4底部，以便屏蔽防水导线11出线；第一凹槽2、第二凹槽3内的铠装光缆10和第三凹槽4内的屏蔽防水导线11均在距离模型桩1顶部30mm出线；

(5)、用植筋胶将第一凹槽2、第二凹槽3、第三凹槽4和第四凹槽5全部封装，第一凹槽2、第二凹槽3、第三凹槽4的封装面与模型桩1表面齐平，凹槽5封装面与模型桩1桩端底部齐平，完成室内模型桩桩身光纤光栅和桩土界面传感器的布设。

Claims (3)

1.一种室内模型桩桩身光纤光栅和桩土界面传感器布设装置，其特征在于主体结构包括模型桩、第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽、第四凹槽、开孔、光纤光栅传感器、硅压阻式土压力传感器、硅压阻式孔隙水压力传感器、铠装光缆和屏蔽防水导线；模型桩的外侧壁上均匀开有竖向的第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽，第一凹槽内安装有采用铠装光缆串联的光纤光栅传感器，第三凹槽和第三凹槽分别安装有铠装光缆串联的硅压阻式土压力传感器和屏蔽防水导线串联的硅压阻式孔隙水压力传感器；模型桩的底部开有开孔，开孔内安装有测头朝下的硅压阻式土压力传感器，开孔余第二凹槽之间开有第四凹槽，开孔内的硅压阻式土压力传感器采用铠装光缆通过第四凹槽进入第二凹槽，并从模型桩顶部引出；第三凹槽内底部的硅压阻式孔隙水压力传感器测头朝下，串联硅压阻式孔隙水压力传感器的屏蔽防水导线通过第三凹槽后从模型桩顶部引出。

2.根据权利要求1所述室内模型桩桩身光纤光栅和桩土界面传感器布设装置，其特征在于所述模型桩采用POM实心圆棒，光纤光栅传感器采用微型光纤光栅应变传感器，直径为1mm，长度为10mm，第一凹槽的深度为6mm，宽度为6mm；硅压阻式土压力传感器和硅压阻式孔隙水压力传感器均采用微型硅压阻式压力传感器，自身封装形式为将硅应变片用玻璃粉直接烧结在金属膜片上构成烧结型压力传感器；硅压阻式土压力传感器的直径为20mm，高度为10mm，铠装光缆的直径为3mm，第二凹槽的深度为15mm，宽度为20mm，第四凹槽的深度为5mm，宽度为3mm；硅压阻式孔隙水压力传感器的直径为6mm，高度为15mm，屏蔽防水导线的直径为5mm，第三凹槽的深度为20mm，宽度为6mm。

3.根据权利要求1所述室内模型桩桩身光纤光栅和桩土界面传感器布设装置，其特征在于采用该装置对室内模型桩桩身光纤光栅和桩土界面传感器布设的具体过程为：

(1)、将模型桩截面3等分，分别进行机械开槽，形成第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽，在模型桩桩端底部用开口器开口，形成开孔，开孔与第二凹槽中间开槽，形成第四凹槽；

(2)、分别在第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽内底部放入一层植筋胶，先将光纤光栅传感器植入在第一凹槽的1/2深度处，相邻的光纤光栅传感器之间用铠装光缆等间距150mm串联；再将采用铠装光缆等间距150mm串联的硅压阻式土压力传感器和采用屏蔽防水导线等间距150mm串联的硅压阻式孔隙水压力传感器分别植入第二凹槽和第三凹槽内，同时保证硅压阻式土压力传感器和硅压阻式孔隙水压力传感器接触面与模型桩表面齐平；光纤光栅传感器、硅压阻式土压力传感器、硅压阻式孔隙水压力传感器距离模型桩顶部和底部均为50mm；串联硅压阻式土压力传感器的铠装光缆和串联硅压阻式孔隙水压力传感器的屏蔽防水导线均布设在相应传感器下面；

(3)、在开孔内放入硅压阻式土压力传感器，且测头朝下，保证硅压阻式土压力传感器的接触面与模型桩的桩端底部齐平，串联硅压阻式土压力传感器的铠装光缆通过第四凹槽进入第二凹槽底部，以便铠装光缆出线；在模型桩桩端底部第三凹槽内放入硅压阻式孔隙水压力传感器，且测头朝下，保证硅压阻式孔隙水压力传感器接触面与桩端底部齐平，串联硅压阻式孔隙水压力传感器的屏蔽防水导线进入第三凹槽底部，以便屏蔽防水导线出线；第一凹槽、第二凹槽内的铠装光缆和第三凹槽内的屏蔽防水导线均在距离模型桩顶部30mm出线；

(5)、用植筋胶将第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽和第四凹槽全部封装，第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽的封装面与模型桩表面齐平，凹槽封装面与模型桩桩端底部齐平，完成室内模型桩桩身光纤光栅和桩土界面传感器的布设。