CN112378774B - 基于光纤光栅测量的软土地基多向大应变模型试验系统 - Google Patents

基于光纤光栅测量的软土地基多向大应变模型试验系统 Download PDF

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Abstract

本申请属于岩土工程监测技术领域，提供了基于光纤光栅测量的软土地基多向大应变模型试验系统，包括模型箱体、多向大应变夹具、降水蒸发循环系统、水位控制及加载系统、监测采集系统；模型箱体内部填筑地基材料；多向大应变夹具通过位移和角度传感器补偿应变测量量程并计算得到水平、竖直向位移；降水蒸发循环系统包括人工降雨、日光系统；水位控制及加载系统包括水位控制箱和加载装置；监测采集系统包括光栅位移传感器、光栅孔压传感器、光栅土压传感器、传输光纤、接线光纤组成的监测系统和数据采集仪、光纤解调仪、高速摄像机、分析计算机组成的采集系统。本申请能够能够快速测量软土地基的水平与竖直位移、渗流、土压变化，并提供位移补偿。

Description

基于光纤光栅测量的软土地基多向大应变模型试验系统
技术领域
本申请属于岩土工程监测技术领域，涉及一种试验装置，尤其涉及基于光纤光栅测量的软土地基多向大应变模型试验系统。
背景技术
软土具有高含水率、高孔隙比、高压缩性、低强度、低承载力的工程特性，软土地基受到压力作用时会产生较大的变形，同时暴露在大气环境中的软土地基面临着地表降水、蒸发的干湿循环，以及地下水位波动的渗流场变化，多种因素共同作用于地基沉降，处于复杂的水-力耦合环境中，使土体发生各个方向的较大变形。因此，对多场耦合条件下的软土地基进行准确的多向大应变测量具有重要意义。
光纤光栅监测方法具有体积小巧、灵敏度高、耐久性好、抗电磁干扰等优点，在地质与岩土工程领域的监测得到了一定的应用，但由于其受力变形的幅度有限，其量程受限，对于软土地区的易产生的大变形如何测量还有待进一步的研究。并且现有的试验装置多侧重于利用光纤直接监测竖直向位移，如何提供一种光纤光栅测量多向应变的方法也急需进一步的研究。
发明内容
本申请的目的在于：针对背景技术中存在的问题，提供基于光纤光栅测量的软土地基多向大应变模型试验系统。通过光纤监测采集系统，全面、快速、准确监测软土地基在水-力耦合条件下的位移场、渗流场、应力场变化，并提供位移补偿，为软土地基监测提供新思路。
为实现上述目标，本申请提供了如下技术方案：
基于光纤光栅测量的软土地基多向大应变模型试验系统，包括模型试验装置和多向大应变分析系统；
所述的模型试验装置包括模型箱体、若干个多向大应变夹具、降水蒸发循环系统、水位控制及加载系统、监测采集系统；
所述的模型箱体为上开口长方体箱型密封结构，其内部可分若干层填筑压实的地基材料用于模拟软土地基；所述的地基材料由若干层砂性土层和若干层黏性土层组成；模型箱体前面板、后面板为透明钢性板，为指示模型箱体内地基材料变形在前面板、后面板表面绘制网格标记。
所述的多向大应变夹具由伸缩管、套管、弹簧、位移传感器、角度传感器、固定夹、底板组成；所述的伸缩管与套管之间通过弹簧连接，伸缩管可沿套管轴线方向滑动；所述的位移传感器贯穿于套管并与伸缩管接触，可测量伸缩管与套管之间的相对位移，并通过导线将数据传输给数据采集仪；所述的角度传感器固定安装于套管底端，可测量套管与伸缩管整体的倾斜角度，并通过导线将数据传输给数据采集仪；所述的固定夹位于伸缩管顶部，可利用紧固螺栓固定传输光纤；所述的底板固定连接在角度传感器底部，可利用若干颗螺栓固定在模型箱体左面板、右面板内表面。
所述的降水蒸发循环系统包括人工降雨系统、人工日光系统和支架；
进一步，所述的人工降雨系统由若干根降雨管、供水管道和蠕动泵组成；所述的若干根降雨管为开孔朝下的多孔管状结构，若干根降雨管平行布设并通过连接管连接为整体，用于向模型箱体中地基材料施加降雨荷载；所述的供水管道一端与外部水源连接，另一端与连接管连接，可向若干根降雨管内提供稳定水源；所述的蠕动泵位于供水管道上，可为水流提供动力来源，也可通过调整供水管道内水流速率从而调整若干根降雨管降雨幅度；
所述的人工日光系统由若干根卤素电加热管组成，用于向模型箱体中地基材料施加温度；所述的若干根卤素电加热管与若干根降雨管位于同一平面平行穿插布设；若干根卤素电加热管通过电线与外部电源连接，可通过控制器控制若干根卤素电加热管的开启、关闭及温度控制；
所述的支架固定连接人工降雨系统和人工日光系统，使其固定于模型箱体正上方并与模型箱体顶部保持一定距离。
所述的水位控制及加载系统由若干个水位控制箱和加载装置组成；
进一步，所述的若干个水位控制箱位于模型箱体两侧，与模型箱体左面板、右面板之间固定连接，其接触面上均匀分布有若干个注水口；所述的每个水位控制箱底部均设置有供水孔，供水孔外侧通过水管与外部水源连接，可向水位控制箱内提供补给水；水管上设置有供水泵，用于为水管内水流提供动力来源并调整管内水流量；所述的每个水位控制箱侧面设置有若干个溢流孔；所述的若干个溢流孔外设置有阀门，可控制溢流孔的连通与关闭；当若干个水位控制箱内水位高度高于开启的最低高度溢流孔时，水将从该溢流孔排出；所述的每个水位控制箱与模型箱体左面板、右面板之间的连接面布设若干土工织物，隔离地基材料与水位控制箱；
所述的加压装置由加载板和若干个砝码组成；所述的加载板为钢性板状结构，放置在地基材料表面用于使荷载均布施加；所述的若干个砝码均匀放置在加载板上，用于提供荷载来源。
所述的监测采集系统由监测系统和采集系统组成；
进一步，所述的监测系统包括若干个光栅位移传感器、若干个光栅孔压传感器、若干个光栅土压传感器、若干根传输光纤、若干根接线光纤；所述的若干个光栅位移传感器、若干个光栅孔压传感器、若干个光栅土压传感器可串联在若干根传输光纤上实现光信号传输，从而测量土体位移、孔隙水压力和土压力；所述的串联有若干个光栅位移传感器、若干个光栅孔压传感器、若干个光栅土压传感器的若干根传输光纤水平埋设在地基材料中，两端利用两个多向大应变夹具分别固定在模型箱体左面板、右面板内表面并拉紧，拉紧过程中保证位移传感器、角度传感器具有足够的测量量程；所述的接线光纤一端与拉紧好的传输光纤熔接，另一端与光纤解调仪连接，用于传输光信号；
所述的采集系统由数据采集仪、光纤解调仪、若干台高速摄像机以及分析计算机组成；所述的数据采集仪位于装置外部，通过若干根导线与若干个多向大应变夹具的位移传感器和角度传感器连接，用于其供电及数据采集；所述的光纤解调仪位于装置外部，通过若干根接线光纤与串联有若干个光栅位移传感器、若干个光栅孔压传感器、若干个光栅土压传感器的若干根传输光纤连接，用于解调、采集土体位移、孔隙水压力和土压力监测数据；所述的若干台高速摄像机组成，位于装置外部正对模型箱体前面板、后面板，用于拍摄地基材料边界位移；所述的分析计算机通过导线分别与数据采集仪、光纤解调仪、若干台高速摄像机连接，用于数据处理和分析。
所述的多向大应变分析系统，通过多向大应变夹具补偿光栅位移传感器应变测量量程并测量传输光纤轴线偏转角度，根据以下算法计算获得各测点软土地基多向大应变参数：
利用光栅位移传感器测量传输光纤应变量，并通过导线传输到光纤解调仪上记录光栅位移数据εfiber；利用位移传感器测量弹簧应变量，并通过导线传输到数据采集仪上记录补偿轴线位移数据εspring；总位移值εtotal为：
εtotal＝εfiber+εsprin9；
其中，εtotal为总位移，εfiber为光栅位移，εspring为弹簧位移；
角度传感器可将接线光纤的多向位移分解为水平和垂直方向，测量接线光纤与坐标轴方向的夹角，分别计为θx、θz，则分解得到的水平向和竖直向的位移为：
εx＝εfiber×sinθx；
εz＝εfiber×sinθz；
其中，εx为水平方向位移，θx为角度传感器测得的接线光纤与水平方向的夹角，εz为竖直方向位移，θz为角度传感器测得的接线光纤与竖直方向的夹角；
套管与伸缩管总体水平和竖直方向的分解位移为：
εxtotal＝(εfiber+εspring)×sinθx；
εztotal＝(εfiber+εspring)×sinθz。
本申请的工作原理是：在模型箱体内部根据要求堆填所需的地基材料，将监测采集系统中的光栅位移传感器、光栅孔压传感器、光栅土压传感器按监测需要布设在指定位置，使用传输光纤串联在一起，水平埋设在地基材料中，并采用多向大应变夹具固定，光纤光栅数据通过接线光纤连接到光纤解调仪，多向大应变夹具的位移传感器、角度传感器采集得到的位移和角度数据，通过导线传输至数据采集仪，记录试验全过程的监测数据。调节降水蒸发循环系统模拟不同程度的自然降雨和蒸发过程；利用水位控制及加载系统进行加放水模拟水位循环过程及地基材料上覆荷载的加载、卸载过程。上述系统均为独立控制，因此可根据实际工况进行单一场或多场耦合作用下的地基模拟，采用控制变量法达到多场作用下的地基沉降监测。
与现有技术相比，本申请提供的技术方案，作为举例而非限定，具有如下有益效果：
本申请的有益效果是：采用本申请的基于光纤光栅测量的软土地基多向大应变模型试验系统，能够快速、有效、准确监测软土地基的水平与竖直向沉降、位移、渗流场变化，并提供位移补偿、完成光纤量程的扩展；在使用过程中具有监测精度高、不易损坏、稳定性高、抗干扰能力强等特点，全面监测软土地基在加载、卸载、开挖、渗流、蒸发等不同工况下土体内部应变分布的时空演化规律；通过多向大应变夹具补偿光栅位移传感器应变测量量程，测量接线光纤轴线偏转角度，将多向位移分解为水平和垂直方向。
附图说明
图1为本申请实施例提供的试验装置整体结构图；
图2为本申请实施例提供的试验装置中监测系统布置正视图；
图3为本申请实施例提供的试验装置中监测系统布置俯视图；
图4为本申请实施例提供的试验装置中多向大应变夹具图。
附图标记说明
1为模型箱体、2为多向大应变夹具、3为降水蒸发循环系统、4为水位控制及加载系统、5为监测采集系统；
11为地基材料、12为前面板、13为后面板、14为网格标记、15为左面板、16为右面板；
111为砂性土层、112为黏性土层；
21为伸缩管、22为套管、23为弹簧、24为位移传感器、25为角度传感器、26为固定夹、27为底板、28为导线、29为紧固螺栓、210为螺栓；
31为人工降雨系统、32为人工日光系统、33为支架；
311为降雨管、312为供水管道、313为蠕动泵、314为连接管；
321为卤素电加热管、322为电线、323为控制器；
41为水位控制箱、42为加载装置；
411为注水口、412为供水孔、413为水管、414为供水泵、415为溢流孔、416为阀门、417为土工织物；
421为加载板、422为砝码；
51为监测系统、52为采集系统；
511为光栅位移传感器、512为光栅孔压传感器、513为光栅土压传感器、514为传输光纤、515为接线光纤；
521为数据采集仪、522为光纤解调仪、523为高速摄像机、524为分析计算机。
具体实施方式
下面将结合具体实施例及其附图对本申请提供的技术方案作进一步说明。结合下面说明，本申请的优点和特征将更加清楚。
需要说明的是，本申请的实施例有较佳的实施性，并非是对本申请任何形式的限定。本申请实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。本申请优选实施方式的范围也可以包括另外的实现，且这应被本申请实施例所属技术领域的技术人员所理解。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述的技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限定。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
本申请的附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本申请实施例的目的，并非是限定本申请可实施的限定条件。任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的效果及所能达成的目的下，均应落在本申请所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。且本申请各附图中所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
如图1所示，基于光纤光栅测量的软土地基多向大应变模型试验系统中，模型试验装置包括模型箱体1、降水蒸发循环系统3、水位控制及加载系统4；
进一步，模型箱体1为上开口长方体箱型密封结构，其内部可分若干层填筑压实的地基材料11用于模拟软土地基；模型箱体1前面板12、后面板13为透明钢性板，为指示模型箱体1内土体变形在前面板12、后面板13表面绘制网格标记14；
降水蒸发循环系统3包括人工降雨系统31、人工日光系统32和支架33组成；其中，人工降雨系统31由四根降雨管311、供水管道312和蠕动泵313组成；若干根降雨管311为开孔朝下的多孔管状结构，平行布设并通过连接管314连接为整体，用于向模型箱体1中地基材料11施加降雨荷载；供水管道312一端与外部水源连接，另一端与连接管314连接，可向若干根降雨管311内提供稳定水源；蠕动泵313位于供水管道312上，可为水流提供动力来源，也可通过调整供水管道312内水流速率从而调整若干根降雨管311降雨幅度；人工日光系统32由三根卤素电加热管321组成，卤素电加热管321与若干根降雨管311位于同一平面平行穿插布设，用于向模型箱体1中地基材料11施加温度；卤素电加热管321通过电线322与外部电源连接，可通过控制器323控制卤素电加热管321的开启、关闭及温度控制；支架33固定连接人工降雨系统31和人工日光系统32，使其固定于模型箱体1正上方并与模型箱体1顶部保持三十厘米的距离；
水位控制及加载系统4由两个水位控制箱41和加载装置42组成；两个水位控制箱41位于模型箱体1两侧，与模型箱体1左面板15、右面板16之间固定连接，其接触面上均匀分布有九个注水口411；每个水位控制箱41底部均设置有供水孔412，供水孔412外侧通过水管413与外部水源连接，可向水位控制箱41内提供补给水；水管413上设置有供水泵414，用于为水管413内水流提供动力来源并调整管内水流量；每个水位控制箱41侧面设置有九个溢流孔415，孔外设置有阀门416，可控制溢流孔415的连通与关闭；当每个水位控制箱41内水位高度高于开启的最低高度溢流孔415时，水将从该溢流孔415排出；每个水位控制箱41与模型箱体1左面板15、右面板16之间的连接面布设土工织物417，隔离地基材料11与水位控制箱41；加压装置42由加载板421和三个砝码422组成；加载板421为钢性板状结构，放置在地基材料11表面用于使荷载均布施加；三个砝码422均匀放置在加载板421上，根据不同工况选择不同质量的砝码422，用于提供荷载来源。
两台高速摄像机523位于装置外部分别正对模型箱体1前面板12、后面板13，用于拍摄地基材料11边界位移；
如图2、3所示，基于光纤光栅测量的软土地基多向大应变模型试验系统中，模型试验装置还包括二十四个多向大应变夹具2和监测采集系统5；
进一步，地基材料11从模型箱体1底部开始填筑，最底层为五厘米厚度的砂性土层111，中间层为七十厘米厚度的黏性土层112，顶层为五厘米厚度的砂性土层111；
监测采集系统5由监测系统51和采集系统52组成；其中，监测系统51包括三十六个光栅位移传感器511、二十四个光栅孔压传感器512、二十四个光栅土压传感器513、十二根传输光纤514、二十四根接线光纤515；每根传输光纤514从左到右依次串联七个光栅传感器，分别为孔压、位移、孔压、位移、土压、位移、土压，实现光信号传输，从而测量不同位置的土体位移、孔隙水压力和土压力；十二根传输光纤514水平埋设在黏性土层112中，每根传输光纤514两端利用两个多向大应变夹具2分别固定在模型箱体1左面板15、右面板16内表面并拉紧，拉紧过程中保证位移传感器24、角度传感器25具有足够的测量量程；二十四根接线光纤515一端与拉紧好的传输光纤514熔接，另一端与光纤解调仪522连接，用于传输光信号；采集系统52由数据采集仪521、光纤解调仪522、两台高速摄像机523以及分析计算机524组成；数据采集仪521位于装置外部，通过若干根导线28与若干个多向大应变夹具2的位移传感器24和角度传感器25连接，用于其供电及数据采集；光纤解调仪522位于装置外部，通过二十四根接线光纤515与每根串联有三个光栅位移传感器511、两个光栅孔压传感器512、两个光栅土压传感器513的共十二根传输光纤514连接，用于解调、采集土体位移、孔隙水压力和土压力监测数据；分析计算机524通过导线28分别与数据采集仪521、光纤解调仪522、若干台高速摄像机523连接，用于数据处理和分析。
如图4所示，多向大应变夹具2由伸缩管21、套管22、弹簧23、位移传感器24、角度传感器25、固定夹26、底板27组成；
进一步，伸缩管21与套管22之间通过弹簧23连接，伸缩管21可沿套管22轴线方向滑动；位移传感器24贯穿于套管22并与伸缩管21接触，可测量伸缩管21与套管22之间的相对位移，并通过导线28将数据传输给数据采集仪521；角度传感器25固定安装于套管22底端，可测量套管22与伸缩管21整体的倾斜角度，并通过导线28将数据传输给数据采集仪521；固定夹26位于伸缩管21顶部，可利用紧固螺栓29固定传输光纤514；底板27固定连接在角度传感器25底部，可利用两颗螺栓210固定在模型箱体1左面板15、右面板16内表面。
本实施例提供的基于光纤光栅测量的软土地基多向大应变模型试验系统，其工作方式如下：
1)填筑地基材料：制备实验用土样，在模型箱体1底部铺设五厘米厚砂性土层111，采用落砂法或压实法填筑底部砂土；随后分层填筑七十厘米厚黏性土层112；填筑到预定高度后在最上层铺设一层五厘米厚砂性土层111并压实；
2)布设监测系统：当土层填筑到传感光纤的布设位置时，将监测系统51中的光栅位移传感器511、光栅孔压传感器512、光栅土压传感器513按照图2～图3所示的顺序布设，并用传输光纤514将其串联，利用传输光纤514两端的多向大应变夹具2分别固定在模型箱体1左面板15、右面板16内表面并拉紧，拉紧过程中保证位移传感器24、角度传感器25具有足够的测量量程；传输光纤514的最外端熔接传输光纤514引出到模型箱体1外部；
3)设置采集系统：将两台高速摄像机523布设于装置外部正对模型箱体1前面板12、后面板13，试验开始后连续拍摄地基材料11的边界位移；待所有监测系统51布设完毕后，将所有熔接了传输光纤514的接线光纤515连接到光纤解调仪522上，多向大应变夹具2的位移传感器24和角度传感器25通过导线28连接到数据采集仪521上；通过导线28将数据采集仪521、光纤解调仪522、高速摄像机523连接到分析计算机524；
4)设置加载条件：在填筑完成的地基材料11表面居中位置放置加载板421，采用三个砝码422分级施加荷载；
5)设置水位条件：调整供水泵414与溢流孔415的阀门416，控制模型箱体1两侧的水位控制箱41的水位高度，进而通过与左面板15、右面板16之间的接触面上均匀分布的注水口411来控制地基材料11中的水位；
6)设置降水蒸发条件：在模型箱体1顶部放置人工降雨系统31及人工日光系统32，调整支架33使降水蒸发系统3位于模型箱体1正上方并与模型箱体1顶部保持五十厘米的距离，试验开始后施加降雨荷载和温度荷载；
7)使用分析计算机524进行数据采集及分析。
上述描述仅是对本申请较佳实施例的描述，并非是对本申请范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本申请技术方案保护的范围。

Claims (4)

1.基于光纤光栅测量的软土地基多向大应变模型试验系统，其特征在于：包括模型试验装置和多向大应变分析系统；所述的模型试验装置中模型箱体(1)用于承载地基材料(11)；多向大应变夹具(2) 可弥补光栅位移传感器(511)应变量小、测量方向单一的不足，利用弹簧(23)补偿应变测量量程，利用角度传感器(25)将位移分解为水平和垂直两个方向；降水蒸发循环系统(3)、水位控制及加载系统(4)可模拟软土地基上覆荷载、自然降雨和蒸发过程、边界条件；监测采集系统(5)利用光栅光纤传感器测量软土地基的水平与竖直位移、渗流、土压变化；所述的多向大应变分析系统可根据弹簧(23)位移量补偿光栅位移传感器(511)应变测量量程；根据角度传感器(25)测量的角度变化量将接线光纤(515)的多向位移分解为水平和垂直方向；根据上述测量值计算获得各测点的水平和垂直位移量；
所述的多向大应变夹具(2)由伸缩管(21)、套管(22)、弹簧(23)、位移传感器(24)、角度传感器(25)、固定夹(26)、底板(27)组成；所述的伸缩管(21)与套管(22)之间通过弹簧(23)连接，伸缩管(21)可沿套管(22)轴线方向滑动；所述的位移传感器(24)贯穿于套管(22)并与伸缩管(21)接触，可测量伸缩管(21)与套管(22)之间的相对位移，并通过导线(28)将数据传输给数据采集仪(521)；所述的角度传感器(25)固定安装于套管(22)底端，可测量套管(22)与伸缩管(21)整体的倾斜角度，并通过导线(28)将数据传输给数据采集仪(521)；所述的固定夹(26)位于伸缩管(21)顶部，可利用紧固螺栓(29)固定传输光纤(514)；所述的底板(27)固定连接在角度传感器(25)底部，可利用若干颗螺栓(210)固定在模型箱体(1)左面板(15)、右面板(16)内表面。
2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅测量的软土地基多向大应变模型试验系统，其特征在于：所述的降水蒸发循环系统(3)包括人工降雨系统(31)、人工日光系统(32)和支架(33)；所述的人工降雨系统(31)由若干根降雨管(311)、供水管道(312)和蠕动泵(313)组成；所述的若干根降雨管(311)为开孔朝下的多孔管状结构，若干根降雨管(311)平行布设并通过连接管(314)连接为整体，用于向模型箱体(1)中地基材料(11)施加降雨荷载；所述的供水管道(312)一端与外部水源连接，另一端与连接管(314)连接，可向若干根降雨管(311)内提供稳定水源；所述的蠕动泵(313)位于供水管道(312)上，可为水流提供动力来源，也可通过调整供水管道(312)内水流速率从而调整若干根降雨管(311)降雨幅度；所述的人工日光系统(32)由若干根卤素电加热管(321)组成，用于向模型箱体(1)中地基材料(11)施加温度；所述的若干根卤素电加热管(321)与若干根降雨管(311)位于同一平面平行穿插布设；若干根卤素电加热管(321)通过电线(322)与外部电源连接，可通过控制器(323)控制若干根卤素电加热管(321)的开启、关闭及温度控制。
3.根据权利要求1所述的基于光纤光栅测量的软土地基多向大应变模型试验系统，其特征在于：所述的监测采集系统(5)由监测系统(51)和采集系统(52)组成；所述的监测系统(51)中若干个光栅位移传感器(511)、若干个光栅孔压传感器(512)、若干个光栅土压传感器(513)可串联在若干根传输光纤(514)上实现光信号传输，从而测量土体位移、孔隙水压力和土压力；所述的串联有若干个光栅位移传感器(511)、若干个光栅孔压传感器(512)、若干个光栅土压传感器(513)的若干根传输光纤(514)水平埋设在地基材料(11)中，两端利用两个多向大应变夹具(2)分别固定在模型箱体(1)左面板(15)、右面板(16)内表面并拉紧，拉紧过程中保证位移传感器(24)、角度传感器(25)具有足够的测量量程；所述的接线光纤(515)一端与拉紧好的传输光纤(514)熔接，另一端与光纤解调仪(522)连接，用于传输光信号；所述的采集系统(52)由数据采集仪(521)、光纤解调仪(522)、若干台高速摄像机(523)以及分析计算机(524)组成；所述的数据采集仪(521)位于装置外部，通过若干根导线(28)与若干个多向大应变夹具(2)的位移传感器(24)和角度传感器(25)连接，用于其供电及数据采集；所述的光纤解调仪(522)位于装置外部，通过若干根接线光纤(515)与串联有若干个光栅位移传感器(511)、若干个光栅孔压传感器(512)、若干个光栅土压传感器(513)的若干根传输光纤(514)连接，用于解调、采集土体位移、孔隙水压力和土压力监测数据；所述的若干台高速摄像机(523)组成，位于装置外部正对模型箱体(1)前面板(12)、后面板(13)，用于拍摄地基材料(11)边界位移；所述的分析计算机(524)通过导线(28)分别与数据采集仪(521)、光纤解调仪(522)、若干台高速摄像机(523)连接，用于数据处理和分析。
4.根据权利要求1所述的基于光纤光栅测量的软土地基多向大应变模型试验系统，其特征在于：通过多向大应变夹具(2)补偿光栅位移传感器(511)应变测量量程，并测量传输光纤(514)轴线偏转角度，根据以下算法计算获得各测点软土地基多向大应变参数：利用光栅位移传感器(511)测量传输光纤(514)应变量，并通过导线(28)传输到光纤解调仪(522)上记录光栅位移数据
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；利用位移传感器(24)测量弹簧(23)应变量，并通过导线(28)传输到数据采集仪(521)上记录补偿轴线位移数据
Figure 286459DEST_PATH_IMAGE002
；总位移值
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为：
Figure 756754DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，
Figure 690075DEST_PATH_IMAGE003
为总位移，
Figure 890113DEST_PATH_IMAGE001
为光栅位移，
Figure 804848DEST_PATH_IMAGE002
为弹簧位移；
角度传感器(25)可将接线光纤(515)的多向位移分解为水平和垂直方向，测量接线光纤(515)与坐标轴方向的夹角，分别计为
Figure DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 824756DEST_PATH_IMAGE006
，则分解得到的水平向和竖直向的位移为：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
；
Figure 765031DEST_PATH_IMAGE008
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为水平方向位移，
Figure 678629DEST_PATH_IMAGE005
为角度传感器( 25) 测得的接线光纤(515)与水平方向的夹角，
Figure 905211DEST_PATH_IMAGE010
为竖直方向位移，
Figure 553361DEST_PATH_IMAGE006
为角度传感器( 25) 测得的接线光纤(515)与竖直方向的夹角；
套管(22)与伸缩管(21)总体水平和竖直方向的分解位移为：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
；
Figure 94064DEST_PATH_IMAGE012
。
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