CN113588374A - 一种岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设装置，包括底座、护筒及重锤，所述底座上开设有通孔和光纤进出槽一；所述护筒固定安装在底座上；所述重锤设置于护筒内，且所述重锤与护筒内壁滑动连接；所述护筒的轴向上开设有光纤进出槽二，所述重锤的轴向上开设有光纤进出槽三。本发明埋设相似材料模型过程中传感光纤始终处于顺直状态，避免了通过普通击实方法制作相似材料模型时岩土体不均匀受力及相似材料模型铺设时易造成传感光纤损坏等问题，增强了传感光纤与相似材料模型中岩土体之间的耦合效果，提高了相似材料模型试验的测试精度，而且铺设效率较高。
Description
技术领域
本发明涉及相似材料模型试验领域，特别涉及岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设装置及埋设方法。
背景技术
相似材料模型试验是利用相似原理解决实际问题的一种方案，广泛应用于建筑、矿山等众多领域，如相似材料模型试验广泛应用于煤矿采动覆岩和边坡滑动等岩土体变形研究。分布式光纤感测技术可以实现相似材料模型中岩土体变形的全断面监测。有关相似材料模型中铺设传感光纤时，受两种介质材料性质和传感光纤保护等影响，传感光纤周边的相似材料通常难以有效压密，导致传感光纤与相似材料模型中岩土体之间耦合性较差。相似材料模型铺设过程中普通的击实方法易造成传感光纤的损坏，需要对传感光纤进行接续，甚至可能无法继续使用，造成相似材料模型铺设效率较慢，试验效果不理想。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设装置及方法，以解决相似材料模型中传感光纤埋设时存在的岩土体压实不密及传感光纤容易损坏的问题。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设装置，包括底座、护筒及重锤，其中：
所述底座上开设有通孔和光纤进出槽一，且所述光纤进出槽一与通孔连通。
所述护筒固定安装在底座上，且所述护筒与通孔相互连接形成贯通通道，同时所述护筒的直径与通孔的直径相同。
所述重锤设置于护筒内，且所述重锤与护筒内壁滑动连接。
所述护筒的轴向上开设有光纤进出槽二，所述重锤的轴向上开设有光纤进出槽三，且所述光纤进出槽一轴向上的中心断面、光纤进出槽二轴向上的中心断面、光纤进出槽三轴向上的中心断面相互重合。
优选的：所述护筒沿轴向上设置有重锤滑动限位槽，所述重锤与重锤滑动限位槽滑动连接。重锤滑动限位槽数目为两个，两个重锤滑动限位槽轴对称设置在护筒筒壁上。
优选的：所述重锤滑动限位槽为护筒内壁上的贯通槽，所述重锤上固定设置有把手，所述把手远离重锤的一端穿过重锤滑动限位槽伸出护筒外，且所述把手与重锤滑动限位槽滑动连接。把手的数目为两个，两个把手轴对称设置在重锤侧壁的两侧，把手穿过重锤滑动限位槽延伸在护筒之外。上下移动把手可携带重锤上下移动，把手穿过重锤滑动限位槽延伸在护筒之外，保证了的把手的可移动性，同时保证了重锤运动方向。
优选的：所述护筒的底部设有台肩，所述护筒通过台肩与底座固定连接。
优选的：所述台肩上设置有与底座上螺孔一一一对应的螺孔二，螺孔一与螺孔二通过螺丝连接。
优选的：所述重锤的直径小于护筒的直径。
优选的：所述螺孔一沿通孔周向均匀分布。
一种岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设方法，包括以下步骤：
步骤1，准备相似材料模型，相似材料模型包括两层以上的相似材料。根据相似材料模型中岩土体参数确定重锤击实次数。
步骤2，将传感光纤固定在最下层的相似材料上。
步骤3，将岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设装置放置于相似材料上，且使传感光纤通过光纤进出槽一、光纤进出槽二、光纤进出槽三放置于岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设装置内。
步骤4，向上提升重锤，然后松开，重锤在重力的作用下下降，对传感光纤周边的相似材料进行击实，直至达到岩土体参数确定的重锤击实次数。将重锤水平旋转，使得光纤进出槽三旋转，然后松开重锤，重锤在重力的作用下沿护筒下降击打在相似材料上，使得未旋转前的光纤进出槽三下方的相似材料受力被击实，直至达到岩土体参数确定的重锤击实次数。
步骤5，移除岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设装置，铺设上一层的相似材料。
步骤6，重复步骤3-5，直至完成相似材料模型由下至上的铺设，使得相似材料模型的相似材料受力被击实，达到传感光纤与相似材料协调变形的目的。
优选的：步骤4中将重锤水平旋转180°。
本发明相比现有技术，具有以下有益效果：
本发明通过传感光纤周边相似材料受到均匀向下的作用力被击实，埋设过程中相似材料模型中传感光纤始终处于顺直状态，避免了与击实工具的接触。避免了采用普通击实方法相似材料不能均匀受力及传感光纤易损坏等问题。通过本发明增强了传感光纤与相似材料模型中岩土体之间的耦合效果，提高了相似材料模型铺设效率和试验精度。
附图说明
图1为本发明的岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设装置的俯视图。
图2为本发明的岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设装置的剖视图。
图3为本发明的岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设装置底板的剖视图。
图中：1-底座，11-通孔，12-光纤进出槽一，13-螺孔，2-护筒，21-重锤滑动限位槽，22-台肩，23-螺丝，24-光纤进出槽二，3-重锤，31-把手，32-光纤进出槽三，4-传感光纤，5-相似材料。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
一种岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设装置，用于解决在相似材料模型铺设过程中，传感光纤周边的相似材料难以有效压密，导致传感光纤与相似材料模型岩土体变形之间耦合性差，且普通的击实方法有时会造成传感光纤的损坏，需要对传感光纤进行接续，甚至可能无法继续使用，造成相似材料模型铺设效率较慢，试验效果不理想的问题。整个岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设装置主要包括底座、护筒及重锤，护筒安装底座上，重锤设置在护筒内，其中，重锤在护筒内可自由上下移动，重锤的一侧设置有光纤进出槽，在相似材料模型试验过程中，通过光纤卡槽将传感光纤位于装置的中心，重锤自由落体作用击实传感光纤周边的相似材料。重锤两侧设置有把手，护筒两侧设置有可供把手移动至护筒上边缘以上的光纤进出槽，上下移动把手使得重锤在护筒内上下移动，并通过水平旋转重锤，实现击打光纤进出槽的相似材料。如图1-3所示，包括底座1、护筒2及重锤3，其中：
如图3所示，所述底座1上开设有通孔11和光纤进出槽一12，且所述光纤进出槽一12与通孔11连通。底座10为矩形钢板，大小200mm×200mm，厚度5mm，中央设有通孔11，直径50mm，在通孔周边设有若干螺孔一13，所述螺孔一13沿通孔11周向均匀分布。
所述护筒2固定安装在底座1上，且所述护筒2与通孔11相互连接形成贯通通道，同时所述护筒2的直径与通孔11的直径相同。护筒20高度200mm，所述护筒2沿轴向上设置有两个对称的重锤滑动限位槽21，重锤滑动限位槽21位于护筒20上部100mm，重锤滑动限位槽21的卡槽宽度5mm，所述重锤滑动限位槽21为护筒2内壁上的贯通槽。
所述护筒2的底部设有台肩22，所述护筒2通过台肩22与底座1固定连接。所述台肩22上设置有与底座上螺孔一13一一对应的螺孔二，螺孔一13与螺孔二通过螺丝23连接将底座10和护筒20连接为一体。
所述重锤3设置于护筒2内，且所述重锤3与护筒2内壁滑动连接。重锤30为钢质圆柱体，外径为49mm，略小于护筒20内径，保证其在护筒内可自由活动。所述重锤3与重锤滑动限位槽21滑动连接，具体的所述重锤3的两侧边上固定设置有把手31，所述把手31远离重锤3的一端穿过重锤滑动限位槽21伸出护筒2外，且所述把手31与重锤滑动限位槽21滑动连接。把手31放在护筒的重锤滑动限位槽21内，保证重锤30运动方向。重锤滑动限位槽21保证重锤升降方向，避免对传感光纤造成破坏。
所述护筒2的轴向上开设有光纤进出槽二24，所述重锤3的轴向上开设有光纤进出槽三32，且所述光纤进出槽一12轴向上的中心断面、光纤进出槽二24轴向上的中心断面、光纤进出槽三32轴向上的中心断面相互重合。
光纤进出槽一12、光纤进出槽二24、光纤进出槽三32的槽宽为2.5mm。光纤进出槽一12、光纤进出槽二24、光纤进出槽三32用于传感光纤40的进出。
一种岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设方法，包括以下步骤：
步骤1，准备相似材料模型，相似材料模型包括两层以上的相似材料。根据相似材料模型中岩土体参数确定重锤击实次数。
步骤2，将传感光纤4固定在最下层的相似材料上。
步骤3，将岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设装置放置于相似材料上，且使传感光纤4通过光纤进出槽一12、光纤进出槽二24、光纤进出槽三32放置于岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设装置内。
步骤4，通过把手31沿重锤滑动限位槽21向上提升重锤3，然后松开，重锤3在重力的作用下下降，对传感光纤4周边的相似材料进行击实，直至达到岩土体参数确定的重锤击实次数。提升重锤3的把手31高于护筒2上缘，将重锤水平旋转180°，使得光纤进出槽三旋转180°，然后松开重锤3，重锤3在重力的作用下沿护筒2下降击打在相似材料上，使得未旋转前的光纤进出槽三32下方的相似材料受力被击实，直至达到岩土体参数确定的重锤击实次数。旋转前，与光纤进出槽三32接触的相似材料无法受到重锤击实，旋转后，原本与光纤进出槽三32接触的相似材料受到重锤击实。
步骤5，移除岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设装置，铺设上一层的相似材料。
步骤6，重复步骤3-5，直至完成相似材料模型由下至上的铺设，使得相似材料模型的相似材料受力被击实，达到传感光纤与相似材料协调变形的目的。
传感光纤周边的相似材料受到均匀向下的作用力被击实，埋设过程中相似材料模型中传感光纤始终处于顺直状态，避免了与击实工具的接触。避免了普通方法击实时相似材料不能均匀受力及传感光纤在击实工具的外力作用容易损坏等问题。本发明增强了传感光纤与相似材料模型中岩土体的耦合效果，提高了相似材料模型试验的测试精度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设装置，其特征在于：包括底座(1)、护筒(2)及重锤(3)，其中：
所述底座(1)上开设有通孔(11)和光纤进出槽一(12)，且所述光纤进出槽一(12)与通孔(11)连通；
所述护筒(2)固定安装在底座(1)上，且所述护筒(2)与通孔(11)相互连接形成贯通通道，同时所述护筒(2)的直径与通孔(11)的直径相同；
所述重锤(3)设置于护筒(2)内，且所述重锤(3)与护筒(2)内壁滑动连接；
所述护筒(2)的轴向上开设有光纤进出槽二(24)，所述重锤(3)的轴向上开设有光纤进出槽三(32)，且所述光纤进出槽一(12)轴向上的中心断面、光纤进出槽二(24)轴向上的中心断面、光纤进出槽三(32)轴向上的中心断面相互重合。
2.根据权利要求1所述岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设装置，其特征在于：所述护筒(2)沿轴向上设置有重锤滑动限位槽(21)，所述重锤(3)与重锤滑动限位槽(21)滑动连接。
3.根据权利要求2所述岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设装置，其特征在于：所述重锤滑动限位槽(21)为护筒(2)内壁上的贯通槽，所述重锤(3)上固定设置有把手(31)，所述把手(31)远离重锤(3)的一端穿过重锤滑动限位槽(21)伸出护筒(2)外，且所述把手(31)与重锤滑动限位槽(21)滑动连接。
4.根据权利要求3所述岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设装置，其特征在于：所述护筒(2)的底部设有台肩(22)，所述护筒(2)通过台肩(22)与底座(1)固定连接。
5.根据权利要求4所述岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设装置，其特征在于：所述台肩(22)上设置有与底座上螺孔一(13)一一对应的螺孔二，螺孔一(13)与螺孔二通过螺丝(23)连接。
6.根据权利要求5所述岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设装置，其特征在于：所述重锤(3)的直径小于护筒(2)的直径。
7.根据权利要求6所述岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设装置，其特征在于：所述螺孔一(13)沿通孔(11)周向均匀分布。
8.一种基于权利要求3所述岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设装置的埋设方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，准备相似材料模型，相似材料模型包括两层以上的相似材料；根据相似材料模型中岩土体参数确定重锤击实次数；
步骤2，将传感光纤(4)固定在最下层的相似材料上；
步骤3，将岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设装置放置于相似材料上，且使传感光纤(4)通过光纤进出槽一(12)、光纤进出槽二(24)、光纤进出槽三(32)放置于岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设装置内；
步骤4，向上提升重锤(3)，然后松开，重锤(3)在重力的作用下下降，对传感光纤(4)周边的相似材料进行击实，直至达到岩土体参数确定的重锤击实次数；将重锤水平旋转，使得光纤进出槽三(32)旋转，然后松开重锤(3)，重锤(3)在重力的作用下沿护筒(2)下降击打在相似材料上，使得未旋转前的光纤进出槽三(32)下方的相似材料受力被击实，直至达到岩土体参数确定的重锤击实次数；
步骤5，移除岩土工程相似材料模型中传感光纤埋设装置，铺设上一层的相似材料；
步骤6，重复步骤3-5，直至完成相似材料模型由下至上的铺设，使得相似材料模型的相似材料受力被击实，达到传感光纤与相似材料协调变形的目的。
9.根据权利要求8所述埋设方法，其特征在于：步骤4中将重锤水平旋转180°。
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