CN109425451B - 一种土体力学监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土体力学监测装置，涉及光纤传感技术领域。该监测装置包括监测光缆，设置在监测光缆上的多个定位组件；定位组件包括接头以及设置在接头上的至少一个定位板；相邻接头之间的间距大于或者等于0.5m，定位板的面积大于或者等于20cm2。在使用时将该土体力学监测装置埋在土体中，当土体因应力变化出现位移时，由于定位组件固定在监测光缆上，使得定位组件中的定位板能够抵抗一定土体应力，阻碍监测光缆随着土体的整体移动，使得监测光缆的护套更易被完全拉伸，保证护套中的纤芯可及时检测应力，进而提高了该监测装置的敏感度。本发明实施例提供的土体力学监测装置敏感度高，且使用简单，便于携带。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，特别涉及一种土体力学监测装置。
背景技术
桥梁、道路等大型土基工程在使用时，某些关键部位的结构因长期受到载荷作用或者受到自然地质活动的影响会出现应力及位移的改变，应力和位移不断积攒将严重影响工程的正常使用。因此为了保证安全，需要提前预知大型工程中关键部分的应力和位移变化。通常对关键部分的土基进行土体力学检测，通过获取关键部位的土基的应力和位移改变为工程结构改变提供参考。
现有技术中提供了一种用于监测土基应力和位移的监测光缆，包括：护套，设置在护套中的多个束管，设置在束管中的纤芯；进一步地，在纤芯和束管之间设置有纤膏，在束管和护套之间设置有缆膏，其中纤芯是获取土体应力信息和位移信息的传感元件，可以理解的是，纤芯是悬浮在护套内部的。在使用时，将监测光缆埋在土体中并使监测光缆处于未被拉直的状态。土体内的应力变化将直接作用在监测光缆上。随着土体应力的增加，监测光缆的受力部分出现位移，从而使位于监测光缆受力部分和未受力部分之间的护套被拉直，当监测光缆的护套受土体应力被拉直后，悬浮在护套内的纤芯才可感受到土体的应力作用，当纤芯被拉伸时可检测到所受的应力大小。进而通过纤芯的受力位置可以检测出具体土体应力的位置。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
现有技术中提供的监测光缆存在检测敏感度低的缺陷。使用时土体作用在检测光缆的外壁上，当土体出现应力变化导致位移时，监测光缆易整体随土体位移，导致监测光缆的护套不能够被完全拉伸，从而使得悬浮在护套中的纤芯未受力，进而导致纤芯无法检测到应力，降低了监测光缆的检测敏感度。
发明内容
为了解决现有技术中监测光缆的检测敏感度低的问题，本发明实施例提供了一种土体力学检测装置，该技术方案具体如下：
一种土体力学监测装置，包括监测光缆，设置在所述监测光缆上的多个定位组件；所述定位组件包括：固定在所述监测光缆上的接头，以及设置在所述接头上的至少一块定位板；相邻所述定位组件之间的间距大于或者等于0.5m，所述定位板的面积大于或者等于20cm2。
可选地，所述接头包括：贯穿所述接头且用于穿过所述监测电缆的光缆通道；以及，将所述接头固定在所述监测光缆上的固定元件。
可选地，所述定位组件包括一块所述定位板；所述定位板包括两块分别向监测光缆的轴线两侧延伸且对称分布的子定位板。
可选地，所述子定位板包括至少一个固定在所述接头上的平直侧面；所述平直侧面的长度方向与所述监测光缆的轴向平行或者垂直。
可选地，所述定位组件包括两块相互垂直的所述定位板；所述定位板包括两块分别向监测光缆的轴线两侧延伸且对称分布的子定位板。
可选地，所述子定位板包括至少一个固定在所述接头上的平直侧面；两块所述定位板的平直侧面的长度方向均与所述监测光缆的轴向平行，或者其中一块所述定位板的平直侧面的长度方向与所述监测光缆的轴向垂直。
可选地，所述定位组件包括三块两两垂直的所述定位板；所述定位板包括两块分别向监测光缆的轴线两侧延伸且对称分布的子定位板。
可选地，所述子定位板包括至少一个固定在所述接头上的平直侧面；其中一块所述定位板的平直侧面的长度方向与所述监测光缆的轴向垂直。
可选地，在所述定位板上设置有压力传感器。
可选地，在所述定位板上设置有加速度传感器。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例所提供的土体力学监测装置通过接头将定位板固定在监测光缆上。在使用时，将该土体力学监测装置埋在土体中，并使定位板与土体充分接触。当土体因应力变化出现位移时，由于定位组件与监测光缆相对固定，且定位组件中定位板与土体充分接触，因此通过定位板能够抵抗一定土体应力，阻碍监测光缆随着土体的整体移动。进而使得监测光缆的护套更易被完全拉伸，保证护套中的纤芯能够及时检测应力，提高了该监测装置的敏感度。同时，由于定位板具有不小于20cm2的面积，因此通过定位板也增加了该监测装置的受力面积，使得该监测装置能够检测到土体内较小的应力变化，进一步提高该监测装置的敏感度。本发明实施例提供的土体力学监测装置，具有检测敏感度高，反应迅速的优点，为预测工程结构变化提供有效参考。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种土体力学监测装置的部分结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种土体力学监测装置中接头的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的另一种土体力学监测装置中接头的结构示意图；
图4A是本发明实施例提供的第一种定位组件结构示意图；
图4B是本发明实施例提供的第二种定位组件结构示意图；
图4C是本发明实施例提供的第三种定位组件结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种土体力学监测装置的使用效果示意图。
附图中各个标记分别为：
1、光缆；
2、接头，
21、光缆通道，211、第一凹槽，212、第二凹槽，
22、固定元件，23、耳板；
3、定位板，31、子定位板。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供了一种土体力学监测装置，该装置还包括：设置在监测光缆1上的多个定位组件；定位组件包括固定在监测光缆1上的接头2，以及设置在接头2上的至少一块定位板3；相邻定位组件之间的间距大于或者等于0.5m，定位板3的面积大于或者等于20cm2。
将本发明实施例提供的土体力学监测装置埋在土体中，使得定位板3与土体充分接触，相邻两个定位组件之间的检测光缆处于未被拉直的状态。当土体因应力变化出现位移时，由于定位组件与监测光缆1相对固定，且定位组件中定位板3与土体充分接触，因此定位板3可以抵挡一定的土体应力，进而阻碍了监测光缆1随着土体的整体移动。如此在定位板3的阻碍作用下，监测光缆1 不随土体整体移动，监测光缆1的护套更易被完全拉伸，使得护套中的纤芯受力，进行应力检测。同时，由于定位板3具有不小于20cm2的面积，因此通过定位板3也增加了该监测装置的受力面积，使得该监测装置能够检测到土体内较小的应力变化，进一步提高该监测装置的敏感度。
本发明实施例所提供的土体力学监测装置通过定位组件实现对监测光缆1 的定位作用，进而提高了该监测装置的检测敏感度，为预测工程结构变化提供有效参考。
其中，对于定位板3的面积不做具体限定，可视具体情况选择，例如25cm2、 30cm2、35cm2、40cm2等。
对于监测光缆1上的接头2的数量不做具体限定，例如2个、3个、4个、 5个、6个等。且相邻两个接头2之间的间距不易过小，优选大于或者等于0.5m，可以为0.8m、1m、1.2m等。若监测光缆1上相邻两个接头2之间的间距较小，易造成监测光缆1即使受到土体应力作用也难以随土体移动，同样导致因护套无法被完全拉伸降低检测敏感度。
进一步地，接头2包括有贯穿接头2且用于穿过监测光缆1的光缆通道21，以及用于将接头2固定在监测光缆1上的固定元件22。
使用时将接头2穿过监测光缆1，之后利用固定元件22将接头2固定在监测光缆1上。将接头2固定在监测光纤1上，可以避免与接头2固定连接的定位板3受土体作用时沿监测光缆1移动，进而保证有效改善监测装置的检测敏感度。
其中，接头2的结构具有多种实现形式，本发明实施例提供以下可选方案。
第一种可选方案，如图2所示，接头2具有中空管状结构，中空部分形成了光缆通道21。固定元件22为与接头2螺纹连接，且一端位于接头2的外部，另一端位于接头2的内部的固定螺栓。在使用时将监测光缆1穿过光缆通道21，之后旋紧固定螺栓，使得固定螺栓位于接头2内部的一端抵住监测光缆1，实现接头2与监测光缆1的固定连接。
第二种可选方案，如图3所示，接头2包括通过连接螺栓连接的第一部分和第二部分。其中，连接螺栓即为固定元件22。且第一部分和第二部分上均设置有凹槽211，在凹槽的侧边连接有耳板23，耳板23上设置有连接螺栓安装孔。当第一部分和第二部分通过连接螺栓连接后，第一部分的凹槽211和第二部分的凹槽211围成了光缆通道21。在使用时，将监测光缆1放置在其中一个部分的凹槽内，合并第一部分和第二部分使得光缆通道21夹紧监测光缆1，之后采用连接螺栓固定连接第一部分和第二部分，实现接头2与监测光缆1的固定连接。
进一步地，在本发明实施例中，定位板3包括有两块分别向监测光缆1的轴线两侧延伸且对称分布的子定位板31。通过两块关于监测光缆1的轴线对称分布的子定位板31可进一步增大定位板3与土体的接触面积，提高该监测装置的检测敏感度。
其中，关于子定位板31的具体形状，本发明实施例不做限定，例如子定位板31为矩形板、方形板或者半圆板等。且进一步地，子定位板31包括至少一个固定在接头2上的平直侧面。需要说明的是，在本发明实施例中，术语“侧面”是指子定位板31的厚度方向所在面。
关于定位组件中定位板3的数量以及在接头2上的布置形式，具有多种可选方式，下面将结合附图详细说明。
作为本发明实施例的一种可选方式，定位组件包括一块定位板3。该定位板 3的子定位板31的平直侧面的长度方向与监测光缆1的轴向垂直或者平行。通过一块定位板3可以抵抗土体内某一个方向的应力，使得该检测装置重点检测某固定方向上的土体应力变化以及位移，例如该装置可用于监测塌陷等灾害。
更具体地，如图4A所示，子定位板31的平直侧面的长度方向平行于监测光缆1的轴向，此时通过定位板3能够增加监测光缆1受到剪切力时的检测敏感度。
作为本发明实施例的另一种可选方式，定位组件包括两块相互垂直的定位板3。可以理解的是两块相互垂直的定位板3成“十字状”，通过两块定位板3 能够抵抗土体内部两个方向的应力。
具体地，如图4B所示，两块定位板3的平直侧面的长度方向均与监测光缆 1的轴向平行。或者如图4C所示，其中一块定位板3的平直侧面的长度方向与监测光缆1的轴向垂直。
作为本发明实施例的再一种可选方式，定位组件包括三块两两垂直的定位板3，且其中一块定位板3的平直侧面的长度方向与监测光缆1的轴向垂直。具体如图1所示，通过三块两两垂直的定位板3能够有效增强与土体的耦合能力，有助于监测光缆1的护套被完全拉伸。同时增强了该装置监测土体内各个方向上应力变化的能力，提高该监测装置的检测敏感度。
为了进一步提升本发明实施例提供的监测装置的监测准确性，在定位板3 上还可设置单独的压力传感器和加速度传感器。其中压力传感器能够获取定位板3的受力信息，加加速度传感器能够获该监测装置出现的位移信息，受力信息和位移信息均便于监控人员了解土体内的实际应力情况。
此外，需要说明的是，定位板3的数量可根据实际使用情况确定，例如4 块、5块、6块等。并且定位板3中可以包括有两个对称的子定位板31，也可省去其中一个子定位板31，仅在接头2的一侧设置定位板3。
此外，在使用本发明实施例所提供的监测装置时，还可在一定程度上减小所监测到的应力最大处与实际土体的位移最大处之间的误差。
具体来说，若采用现有技术中所提供的光缆进行监测，当部分土体对光缆施加作用力时，光缆易随土体整体移动。加之悬浮在护套内部的纤芯可能在护套中出现滑移，如此易造成光缆所检测到的应力最大处，并不是土体实际的位移最大处。较大的监测误差不能如实反应处土体的实际变化，难以为预测工程情况提供可靠的参考数据。
但是采用本发明实施例所提供的监测装置，在监测光缆1上设置有定位组件，当部分土体对监测光缆1施加向下的作用力时，由于接头2和定位板3对土体的抵抗作用，使得监测光缆1难以随土体整体移动。如图5所示，当B、C 两点之间的土体对监测光缆1施力时，在B、C两点上的定位板3的作用下，监测光缆1受到向下的作用力出现向下伸张的形变。当护套被完全拉伸时，纤芯开始获取应力信息。此时由于接头2和定位板3的定位作用，保证了整体监测光缆1的稳定，也避免纤芯在护套内出现明显滑移，从而减小了监测误差，为预测提供科学、可靠的数据支持。
本发明实施例提供的土体力学监测装置，具有敏感度高、监测可靠、误差小的特点。且该装置使用简单，便于携带，具有极高的推广价值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种土体力学监测装置，包括监测光缆(1)，其特征在于，所述装置还包括：设置在所述监测光缆(1)上的多个定位组件；
所述定位组件包括：固定在所述监测光缆(1)上的接头(2)，以及设置在所述接头(2)上的至少一块定位板(3)；
相邻所述定位组件之间的间距大于或者等于0.5m，
所述定位板(3)的面积大于或者等于20cm2；
所述接头(2)包括：贯穿所述接头(2)且用于穿过所述监测电缆(1)的光缆通道(21)；以及，将所述接头(2)固定在所述监测光缆(1)上的固定元件(22)；
在所述定位板(3)上设置有压力传感器和加速度传感器。
2.根据权利要求1所述的土体力学监测装置，其特征在于，所述定位组件包括一块所述定位板(3)；
所述定位板(3)包括两块分别向监测光缆(1)的轴线两侧延伸且对称分布的子定位板(31)。
3.根据权利要求2所述的土体力学监测装置，其特征在于，所述子定位板(31)包括至少一个固定在所述接头(2)上的平直侧面；所述平直侧面的长度方向与所述监测光缆(1)的轴向平行或者垂直。
4.根据权利要求1所述的土体力学监测装置，其特征在于，所述定位组件包括两块相互垂直的所述定位板(3)；
所述定位板(3)包括两块分别向所述监测光缆(1)的轴线两侧延伸且对称分布的子定位板(31)。
5.根据权利要求4所述的土体力学监测装置，其特征在于，所述子定位板(31)包括至少一个固定在所述接头(2)上的平直侧面；
两块所述定位板(3)的平直侧面的长度方向均与所述监测光缆(1)的轴向平行，或者其中一块所述定位板(3)的平直侧面的长度方向与所述监测光缆(1)的轴向垂直。
6.根据权利要求1所述的土体力学监测装置，其特征在于，所述定位组件包括三块两两垂直的所述定位板(3)；
所述定位板(3)包括两块分别向监测光缆(1)的轴线两侧延伸且对称分布的子定位板(31)。
7.根据权利要求6所述的土体力学监测装置，其特征在于，所述子定位板(31)包括至少一个固定在所述接头(2)上的平直侧面；
其中一块所述定位板(3)的平直侧面的长度方向与所述监测光缆(1)的轴向垂直。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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