CN113917108A - 模拟高陡边坡开挖卸荷的模型试验装置及位移监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种模拟高陡边坡开挖卸荷的模型试验装置及位移监测方法，包括反力架，所述反力架内侧与固定框外侧固定连接，所述固定框内侧与加载板外侧配合，所述反力架内侧还横向设有与加载板外侧配合的液压千斤顶，所述加载板内侧填筑的模型材料中布置有光纤光栅位移传感器；本发明可以用于高山峡谷地区高陡岩质边坡开挖卸荷导致的岩体内位移和变形演化规律相关研究。
Description
技术领域
本发明涉及高陡边坡开挖卸荷物理模型试验领域，具体地指一种模拟高陡边坡开挖卸荷的模型试验装置及位移监测方法。
背景技术
随着我国的航运需求不断增大，不可避免地需要在高地应力的高山峡谷地区修建水利水电工程和通航建筑物，这就会形成大量边坡，国内外很多学者、专家通过地质力学物理模型试验对高山峡谷地区通航建筑物高陡边坡开挖卸荷进行了研究，取得了丰硕的成果。袁大祥等制作了节理岩体地质力学模型并进行相关试验，研究了高陡边坡开挖过程中岩体内部的时效变形。唐红梅等通过模型试验研究岩质高边坡在开挖过程中的应力变化情况，提出岩质边坡安全监测优化方案。
当前取得了很多研究成果，但少有开展考虑高地应力的岩质边坡开挖卸荷模型试验，使用传统方法在高陡边坡开挖过程中对其岩体内位移监测难度大，传感器体积大对试验会产生影响，对位移的监测大都是间接监测，精度不够高，高地应力条件下传感器容易损坏，无法进行连续多点监测，导致岩体内的应力位移和变形演化规律的研究滞后。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种模拟高陡边坡开挖卸荷的模型试验装置及位移监测方法，以用于高山峡谷地区高陡岩质边坡开挖卸荷导致的岩体内位移和变形演化规律相关研究。
本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种模拟高陡边坡开挖卸荷的模型试验装置，包括反力架，所述反力架内侧与固定框外侧固定连接，所述固定框内侧与加载板外侧配合，所述反力架内侧还横向设有与加载板外侧配合的液压千斤顶，所述加载板内侧填筑的模型材料中布置有光纤光栅位移传感器。
优选地，所述光纤光栅位移传感器的光纤表面套设固定有多个法兰盘，每相邻两个法兰盘之间的光纤表面套设有螺纹套筒，所述螺纹套筒上设有与其螺纹配合的调节螺母，所述调节螺母与法兰盘之间设有压缩弹簧。
优选地，所述光纤内部设有多段光栅，每段光栅对应的光纤表面均设置有法兰盘。
优选地，所述反力架为底部封闭，顶部开放的长方体箱体结构，反力架每一内侧均横向设有液压千斤顶，固定框为长方体框架结构，固定框每一内侧均与一块加载板外侧配合，四块加载板围合形成长方体区域，互相接触的两块加载板之间还竖向设有挡条。
优选地，所述固定框内侧与连接杆一端固定连接，所述连接杆另一端与U型板外侧固定连接，所述U型板两侧开设有用于穿设插销的通孔，所述插销与限位环滑动配合，所述限位环通过固定杆与加载板外侧固定连接。
优选地，所述液压千斤顶的缸体部分与安装槽配合，所述安装槽固定于反力架内侧，所述加载板外表面还固定有多根传力钢条，多根传力钢条形成米字形，液压千斤顶的伸缩端正对多根传力钢条的交叉点处；所述反力架顶部还设有吊耳。
另外，本发明还公开上述模拟高陡边坡开挖卸荷的试验装置的位移监测方法，它包括如下步骤：
Step1：选取合适的平整场地，将反力架吊装至指定位置，再将固定框置于反力架内并与其固定连接，固定框内侧分别设置四块加载板，四块加载板围合形成填筑区域；
Step2：在填筑区域内制作所模拟的高陡边坡的模型材料，从下往上分层制作模型，每层模型制作完成时，依照提前设计好的监测点位挖好用于埋设法兰盘的凹槽；
Step3：将光纤光栅位移传感器的相应段设于该层模型表面，并将与光纤表面固定连接的法兰盘埋设于该层模型表面的凹槽内，转动调整螺纹套筒上的调节螺母，使得压缩弹簧受压而使得每相邻的两个法兰盘拉紧该区域的光纤，从而给光纤施加一定预张力；
Step4：继续填筑模型材料直至模型完成，将光纤光栅位移传感器端部与光纤光栅分析仪插口连接，通过光纤光栅分析仪标定记录出此时每段光纤位移的初始状态；
Step5：放置液压千斤顶，启动油泵，对加载板施加压力，从而对其内部的模型材料施加模拟地应力，然后进行开挖工作以及数据监测工作；
Step6：开挖工作完成后，用光纤光栅分析仪监测的实时位移数据减去标定的初始位移数据，即为实时实际监测位移数据，对监测的位移数据进行处理，得到准确的位移值。
优选地，在Step3中，转动调整螺纹套筒上的调节螺母时，通过光纤光栅分析仪的数据变化，将调节螺母调到合适的位置，保证后续测量位移过程中，反应到的光纤光栅分析仪位移数据变化在正负两个方向均有一定的量程，能满足测量需求。
优选地，在Step3中，当调整好调节螺母后，为减少后期模型继续填筑对压缩弹簧和调节螺母的干扰，保证法兰盘与模型紧密粘合并固定，在该层模型表面的凹槽内倒入热蜡，待其完全冷切后将法兰盘固定，然后再继续填筑模型材料。
优选地，所述Step3中，将光纤光栅位移传感器的相应段设于该层模型表面时，光纤在该层模型表面绕设的形状为U型，每次绕设完成后均穿出模型侧部及加载板上的孔洞，待另外一层模型制作完成时，再穿进模型侧部及加载板上的孔洞，再次在该层模型表面绕设形成U型，重复上述过程直至整根光纤完成绕设过程。
本发明的有益效果：
1、装置的液压千斤顶取放和控制方便，能方便有效地施加模拟地应力，加载板既可用来进行模型填筑，还可以在后续试验中将千斤顶所施加的集中力扩散为面力并将其传至模型材料表面；
2、使用内部刻写布拉格光栅的光纤光栅位移传感器在模型试验中进行位移监测，该位移传感器质量轻、体积小、对模型的影响小、布置方便、抗电磁干扰、耐高温耐久性强、动态响应快、灵敏度高，对位移进行直接测量精度高、应变量程大、光纤强度，可根据试验要求进行调节以及可实现远距离多点分布实时监测等优点，能有效准确地对模型在高地应力下的位移进行实时监测和数据记录，能够应用于高山峡谷地区高陡岩质边坡开挖卸荷导致的岩体内位移和变形演化规律相关研究；
3、光纤光栅位移传感器表面固定的法兰盘既方便安装，又能增大与光纤的粘接长度，还能起到分隔监测段的作用，从而实现了多点分布监测，极大地方便了位移监测工作；
4、压缩弹簧和螺纹套筒既可以保护光纤，还能防止监测区域的光纤弯折，而且法兰盘和调节螺母卡住压缩弹簧，法兰盘可以对每段光纤施加一定的预拉力，使光纤在试验前产生一定的位移，保证后续测量位移过程中，反应到的光纤光栅分析仪位移数据变化在正负两个方向均有一定的量程，能满足测量需求，还能确定光纤光栅位移传感器与光纤光栅分析仪的连接状态是否正常；在模型填筑完成以后，可再用光栅分析仪标定记录此时每段光纤位移的初始状态，排除模型填筑及温度等其他因素的变化对传感器产生的影响，有效提高了最后试验结果的准确性。
5、传统的光纤光栅位移传感器大都只有一段光栅，只能有一个监测段，不能连续多点测，并且测量还间接通过了其他的结构，又多了一道误差；模型试验传统测位移，最多是通过应变片测应变后换算成位移，部分情况下还不能换算成位移，因为不能获取测量段的初始长度，没办法通过应变来换算位移；目前用应变片测应变虽然比较准确的，但容易坏，特别是还有地应力的情况下，布置比光纤光栅传感器麻烦，光纤光栅位移传感器比应变片更稳定，不容易坏，好布置，可以连续多点测；并且光纤位移传感器不用通过应变换算，直接就能得到相应光纤段的位移变化。
6、本发明中为了保证每层模型浇筑夯实时，不会对光纤产生损坏，每一层模型对应的光纤竖直方向转弯处均位于模型外，每一层位于模型内的光纤部分在竖直方向(即Z轴方向)均没有发生转弯或转折，水平方向的转弯通过在已经夯实好的模型层面上挖凹槽解决，先挖好凹槽，将光纤埋进去，再用热蜡固定即可，尽量将模型浇筑夯实对光纤水平和竖直方向的影响降到最低。
附图说明
图1为一种模拟高陡边坡开挖卸荷的模型试验装置的结构示意图；
图2为图1中四块加载板形成的结构示意图；
图3为插销与限位环的连接结构示意图；
图4为光纤光栅位移传感器在每一层模型材料表面布置的结构示意图；
图5模型材料开挖区域及布置光纤区域的立体结构示意图；
图6为垂直监测断面上光纤的布置结构示意图；
图7为法兰盘对应的监测位点在模型材料内分布的示意图；
图8为应变传感器测量结果曲线图；
图9为光纤光栅位移传感器测量结果曲线图；
图10为模型材料内各监测位点的变化曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1至4所示，一种模拟高陡边坡开挖卸荷的模型试验装置，包括反力架1，所述反力架1内侧与固定框2外侧固定连接，所述固定框2内侧与加载板3外侧配合，所述反力架1内侧还横向设有与加载板3外侧配合的液压千斤顶4，所述加载板3内侧填筑的模型材料中布置有光纤光栅位移传感器5。
进一步地，所述光纤光栅位移传感器5的光纤5.1表面套设固定有多个法兰盘6，每相邻两个法兰盘6之间的光纤5.1表面套设有螺纹套筒7，所述螺纹套筒7上设有与其螺纹配合的调节螺母8，所述调节螺母8与法兰盘6之间设有压缩弹簧9。在本实施例中，法兰盘6以及螺纹套筒7均由聚氯乙烯塑料PVC制成，其质量轻、成本低，而且由于其质量轻，产生的微小重力对监测结果产生的影响小；另外法兰盘6中心位置设有安装套管，其与光纤5.1粘接即可实现法兰盘6与光纤5.1的固定连接。另外在本实施例中，通过调整调节螺母8在螺纹套筒7的位置，即可以改变压缩弹簧9的形变量，从而可以调整法兰盘6受到的压缩弹簧9弹力的大小，最终可以调整光纤5.1在测量前受到的预拉力，这样一方面可以给每相邻两个法兰盘6之间的光纤5.1一个预拉力，即使得每段光纤5.1呈拉直状态，另一方面可以调整每段光纤5.1所受预拉力的大小，保证后续测量位移过程中，反应到的光纤光栅分析仪位移数据变化在正负两个方向均有一定的量程，能满足测量需求；例如本身光纤光栅分析仪测量位移原始量程为0-1000，其显示的读数只能为正值，因此只能测量沿着正方向的位移，而通过调整光纤5.1在测量前受到的预拉力，使得光纤5.1预先产生一定位移，比如移动500的距离，这样反应到光纤光栅分析仪上即变为500，此时再监测模型材料开挖后的位移，便可以测量模型材料沿着正方向(即500-1000所在区域)的位移，也可以测量模型材料沿着负方向(即0-500所在区域)的位移。
进一步地，所述光纤5.1内部设有多段光栅5.2，每段光栅5.2对应的光纤5.1表面均设置有法兰盘6。在本实施例中，每层模型制作完成时，依照提前设计好的监测点位挖好用于埋设法兰盘6的凹槽19，因此每个法兰盘6均对应一个监测位点，而每两个法兰盘6之间的光纤5.1内设有一段光栅5.2，这样每个监测位点的位移均可以通过相应的光栅5.2进行监测，实现多点连续监测。
进一步地，所述反力架1为底部封闭，顶部开放的长方体箱体结构，反力架1每一内侧均横向设有液压千斤顶4，固定框2为长方体框架结构，固定框2每一内侧均与一块加载板3外侧配合，四块加载板3围合形成长方体区域，互相接触的两块加载板3之间还竖向设有挡条10。在本实施例中，四块加载板3受到液压千斤顶4的挤压后，对内侧填筑的模型材料施加模拟地应力，为了防止模型材料从相邻加载板3之间缝隙漏出，通过设置挡条10可以解决这一问题，而且相邻加载板3之间加载过程中可能引起模型体压缩而出现相互妨碍，因此在相邻加载板间放置挡条10后，用于在模型填筑时封闭加载板间缝隙，有助于材料填筑，同时模型加载时可防止板间挤压碰撞，本实施例中，挡条10为角钢结构。
进一步地，所述固定框2内侧与连接杆11一端固定连接，所述连接杆11另一端与U型板12外侧固定连接，所述U型板12两侧开设有用于穿设插销13的通孔，所述插销13与限位环14滑动配合，所述限位环14通过固定杆15与加载板3外侧固定连接。在本实施例中限位环14的内径大于插销13外径，当限位环14与U型板12的通孔对准后，可以通过将插销13插入到通孔和限位环14内，这样一方面可以将加载板3和固定框2连接，防止加载板13在模型材料填筑时发生较大晃动，另一方面由于限位环14的内径略大于插销13外径，所以当液压千斤顶4对加载板13施压时，加载板13还是能产生一定位移，因为实际施压过程中，加载板13需要移动的位移量本身要很小，所以通过插销13与限位环14的这种类似间隙配合的方式，可以实现上述试验过程。
进一步地，所述液压千斤顶4的缸体部分与安装槽16配合，所述安装槽16固定于反力架1内侧，所述加载板3外表面还固定有多根传力钢条17，多根传力钢条17形成米字形，液压千斤顶4的伸缩端正对多根传力钢条17的交叉点处。本实施例中液压千斤顶4对加载板3的施力位置位于加载板3的中心，为了防止加载板3受力时产生凹陷，通过增设多根形成米字形传力钢条17，可以使得加载板3受力更加均匀；所述反力架1顶部还设有吊耳18。通过吊耳18可以实现反力架1的吊装过程。
本实施例中光纤光栅位移传感器5具体工作原理如下：
光纤光栅位移传感器5内部刻写布拉格光栅，通过布拉格反射的中心波长移动来感应外界微小的应变变化而实现对信号的测量。其中心波长λB与光栅的有效折射率neff以及栅格周期Λ的关系为：λB＝2neffΛ；
其中，λB是布拉格光栅中心波长，Λ为光栅周期，neff为纤芯的有效折射率。
由式可知，当外界物理量使得光栅周期和纤芯模有效折射率发生变化时，光纤布拉格光栅波长将会出现漂移，这个变化量可以通过光栅的反射光谱中检测出来。当光纤受拉伸，Λ和neff都会发生变化，Λ的变化是由形变引起的，而neff的变化是由弹光效应引起的，任何引起这两个参数变化的物理过程都会导致布拉格波长λB的漂移。中心波长的漂移与应变有关，当光纤收到拉伸时，波长增大；光纤受到压缩时波长减小。满足线性关系：
△λB＝λB(1-Pe)ε＝Keε
式中：△λB为Bragg波长变化量，Pe为光纤的有效弹光系数(一般取0.22)，ε为光纤在轴向的应变，Ke为测量应变的灵敏度，当光栅受到外力产生应变时，使得光栅栅距发生改变△Λ，进而造成反射光的中心波长的改变量△λ，从而根据公式：
可以得到该光栅长度的变化量，由于光纤是优良的线性材料，从而可得到两监测点之间的间距变化，再通过光纤光栅位移传感器5一端固定，即可得到该传感器光纤各点的位移。
另外本实施例为验证光纤光栅位移传感器在模型试验中测量围岩内应变和位移变化的可行性和准确性，在模型试验开始之前，利用该位移传感器和应变片测量标准岩样在单轴无侧限受压状态下的变形，通过对比验证光纤光栅在物理模型试验位移测量方面的可行性、准确性和结果的可信度：
①将分别用406胶水将光纤光栅位移传感器和应变片贴在标准岩样1/2高度处。
②将光纤连接大容量光栅调节仪，应变片连接DM-YB1820动静态应变仪并连接电脑。
③打开软件开始检测，对试样施加应力并记录数据。
④处理数据，将位移传感器的位移数据换算成应变数据，分别绘制位移传感器和应变片的应变曲线，如图8和9所示，对比得出使用光纤光栅位移传感器监测模型材料位移可行，结果可信。
另外，本发明还公开上述模拟高陡边坡开挖卸荷的试验装置的位移监测方法，它包括如下步骤：
Step1：选取合适的平整场地，将反力架1吊装至指定位置，再将固定框2置于反力架1内并与其固定连接，固定框2内侧分别设置四块加载板3，四块加载板3围合形成填筑区域；
Step2：在填筑区域内制作所模拟的高陡边坡的模型材料，从下往上分层制作模型，每层模型制作完成时，依照提前设计好的监测点位挖好用于埋设法兰盘6的凹槽19；
Step3：将光纤光栅位移传感器5的相应段设于该层模型表面，并将与光纤5.1表面固定连接的法兰盘6埋设于该层模型表面的凹槽19内，转动调整螺纹套筒7上的调节螺母8，使得压缩弹簧9受压而使得每相邻的两个法兰盘6拉紧该区域的光纤5.1，从而给光纤5.1施加一定预张力；
Step4：继续填筑模型材料直至模型完成，将光纤光栅位移传感器5端部与光纤光栅分析仪插口连接，通过光纤光栅分析仪标定记录出此时每段光纤5.1位移的初始状态；而其法兰盘6对应的监测位点分布示意图如图7所示；在本实施例中，因为开挖区域(如图5顶部呈长方体凹槽区域)左侧和右侧对称，只需在开挖区域左侧布置光纤光栅位移传感器5，对应有9个监测位点。
Step5：放置液压千斤顶4，启动油泵，对加载板3施加压力，从而对其内部的模型材料施加模拟地应力，然后进行开挖工作以及数据监测工作；在本实施例中，对模型材料X轴和Y轴方向先施加20KPa的模拟地应力，关掉Y轴方向的两个千斤顶阀门，随后对X轴方向再分两次施加模拟地应力，每次20KPa直至60KPa，然后关掉X轴方向的两个千斤顶，完成模拟地应力的施加；
Step6：开挖工作完成后，用光纤光栅分析仪监测的实时位移数据减去标定的初始位移数据，即为实时实际监测位移数据，对监测的位移数据进行处理，得到准确的位移值。将位移值绘制成变化曲线如图10所示。
进一步地，在Step3中，转动调整螺纹套筒7上的调节螺母8时，通过光纤光栅分析仪的数据变化，将调节螺母8调到合适的位置，保证后续测量位移过程中，反应到的光纤光栅分析仪位移数据变化在正负两个方向均有一定的量程，能满足测量需求。
进一步地，在Step3中，当调整好调节螺母8后，为减少后期模型继续填筑对压缩弹簧9和调节螺母8的干扰，保证法兰盘6与模型紧密粘合并固定，在该层模型表面的凹槽19内倒入热蜡，待其完全冷切后将法兰盘6固定，然后再继续填筑模型材料。在本实施例中，用热蜡固定法兰盘以后，需要测量垂直监测断面内每个X轴方向连续布置的传感器距ZY平面加载板最近的法兰盘中心点至加载板的垂直距离B0，后续还需测量相邻两个法兰盘中心点之间的距离Bx(B1、B2、B3…Bx)，方便后续计算法兰盘中心点的位置。
进一步地，所述Step3中，将光纤光栅位移传感器5的相应段设于该层模型表面时，光纤5.1在该层模型表面绕设的形状为U型，每次绕设完成后均穿出模型侧部及加载板3上的孔洞，待另外一层模型制作完成时，再穿进模型侧部及加载板3上的孔洞，再次在该层模型表面绕设形成U型，重复上述过程直至整根光纤5.1完成绕设过程。因为在制作每层模型材料时，Z轴方向从下至上的每层模型需要夯实，如果直接在一个垂直监测断面内向Z轴正方向连续布线，位于光纤转弯处的光纤会因模型材料受压而产生大的形变甚至损坏，从而破坏整个光纤光栅位移传感器，影响监测结果的准确性。因此选择在每层模型浇筑夯实好以后，在XY所在平面在预定光纤布置位置先在干燥的模型表面刻槽，将法兰盘和光纤依次埋入槽内，并用热蜡将监测点的法兰盘进行固定，即形成U型结构，布置好以后，将光纤穿出模型及加载板，然后从模型外部向Z轴正方向向上继续走线，等模型浇筑到另外一层模型(即上层)时，再从加载板穿入该层模型进行光纤的布置，这样在每一层位于模型内的光纤部分在竖直方向(即Z轴方向)均没有发生转弯或转折，每层模型浇筑夯实时，不会对其产生损坏，每一层模型对应的光纤竖直方向转弯或转折处均位于模型外，模型材料浇筑夯实的过程不会使光纤竖直方向的转弯处产生挤压，也不易受到损坏。
具体地，如图5所示，本实施例中的光纤埋设于垂直监测断面Ⅰ和垂直监测断面Ⅱ夹设的虚线区域，如图6所示，首先模型填筑完成待其干燥达到预定强度后在模型平面光纤预埋位置挖出凹槽，沟槽依次穿过G3’、G2’、G1’监测点并在G1’处开始弯曲，再穿过G1、G2，从G3穿出该层模型材料和加载板，形成平面内的U型回路。光纤依次从G3’、G2’、G1’进入第一层模型材料内，然后在该层模型材料表面弯折进入到G1点，然后从G2、G3穿出该层模型材料和加载板，然后竖直向上弯折后，到达第二层模型材料所在位置，模型填筑及挖凹槽步骤同前一层，再依次从G6、G5、G4进入第二层模型材料内，然后在该层模型材料表面弯折进入到G4’点，然后从G5’、G6’穿出该层模型材料和加载板，然后竖直向上弯折后，到达第三层模型材料所在位置，模型填筑及挖好凹槽后再依次从G9’、G8’、G7’进入第三层模型材料内，然后在该层模型材料表面弯折进入到G7点，然后从G8、G9穿出该层模型材料和加载板，最终G1、G2、G3、G4、G5、G6、G8、G9监测点在垂直监测断面Ⅰ上，而G1’、G2’、G3’、G4’、G5’、G6’G7’、G8’、G9’监测点在垂直监测断面Ⅱ上。每次光纤竖直向上再次进入模型时，均需要将光纤与加载板粘牢固定，方便测量每个垂直监测断面内X轴方向连续布置的传感器距ZY平面加载板最近的法兰盘中心点至加载板的垂直距离B0。本实施例中，对应的测量了G1、G2、G3、G4、G5、G6、G8、G9这九个点的监测点，而G1’、G2’、G3’、G4’、G5’、G6’G7’、G8’、G9’监测点可作为备用。
另外，在Step6中，可根据公式：
可以得到该光栅长度的变化量，光栅长度已知，由于光纤是优良的线性材料，根据已测量的相邻两个法兰盘中心点之间的距离Bx(B1、B2、B3…Bx)，从而可得到两监测点之间的间距变化△x。已测量每个垂直监测断面内X轴方向连续布置的传感器距ZY平面加载板最近的法兰盘中心点至加载板的垂直距离B0和两个法兰盘中心点之间的距离Bx，
即为对应各点相对ZY平面加载板的位置。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种模拟高陡边坡开挖卸荷的模型试验装置，包括反力架（1），其特征在于：所述反力架（1）内侧与固定框（2）外侧固定连接，所述固定框（2）内侧与加载板（3）外侧配合，所述反力架（1）内侧还横向设有与加载板（3）外侧配合的液压千斤顶（4），所述加载板（3）内侧填筑的模型材料中布置有光纤光栅位移传感器（5）。
2.根据权利要求1所述的一种模拟高陡边坡开挖卸荷的模型试验装置，其特征在于：所述光纤光栅位移传感器（5）的光纤（5.1）表面套设固定有多个法兰盘（6），每相邻两个法兰盘（6）之间的光纤（5.1）表面套设有螺纹套筒（7），所述螺纹套筒（7）上设有与其螺纹配合的调节螺母（8），所述调节螺母（8）与法兰盘（6）之间设有压缩弹簧（9）。
3.根据权利要求1所述的一种模拟高陡边坡开挖卸荷的模型试验装置，其特征在于：所述光纤（5.1）内部设有多段光栅（5.2），每段光栅（5.2）对应的光纤（5.1）表面均设置有法兰盘（6）。
4.根据权利要求1所述的一种模拟高陡边坡开挖卸荷的模型试验装置，其特征在于：所述反力架（1）为底部封闭，顶部开放的长方体箱体结构，反力架（1）每一内侧均横向设有液压千斤顶（4），固定框（2）为长方体框架结构，固定框（2）每一内侧均与一块加载板（3）外侧配合，四块加载板（3）围合形成长方体区域，互相接触的两块加载板（3）之间还竖向设有挡条（10）。
5.根据权利要求1所述的一种模拟高陡边坡开挖卸荷的模型试验装置，其特征在于：所述固定框（2）内侧与连接杆（11）一端固定连接，所述连接杆（11）另一端与U型板（12）外侧固定连接，所述U型板（12）两侧开设有用于穿设插销（13）的通孔，所述插销（13）与限位环（14）滑动配合，所述限位环（14）通过固定杆（15）与加载板（3）外侧固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种模拟高陡边坡开挖卸荷的模型试验装置，其特征在于：所述液压千斤顶（4）的缸体部分与安装槽（16）配合，所述安装槽（16）固定于反力架（1）内侧，所述加载板（3）外表面还固定有多根传力钢条（17），多根传力钢条（17）形成米字形，液压千斤顶（4）的伸缩端正对多根传力钢条（17）的交叉点处；所述反力架（1）顶部还设有吊耳（18）。
7.一种权利要求1至6任一项所述模拟高陡边坡开挖卸荷的试验装置的位移监测方法，其特征在于：它包括如下步骤：
Step1：选取合适的平整场地，将反力架（1）吊装至指定位置，再将固定框（2）置于反力架（1）内并与其固定连接，固定框（2）内侧分别设置四块加载板（3），四块加载板（3）围合形成填筑区域；
Step2：在填筑区域内制作所模拟的高陡边坡的模型材料，从下往上分层制作模型，每层模型制作完成时，依照提前设计好的监测点位挖好用于埋设法兰盘（13）的凹槽（19）；
Step3：将光纤光栅位移传感器（5）的相应段设于该层模型表面，并将与光纤（5.1）表面固定连接的法兰盘（13）埋设于该层模型表面的凹槽（19）内，转动调整螺纹套筒（7）上的调节螺母（8），使得压缩弹簧（9）受压而使得每相邻的两个法兰盘（6）拉紧该区域的光纤（5.1），从而给光纤（5.1）施加一定预张力；
Step4：继续填筑模型材料直至模型完成，将光纤光栅位移传感器（5）端部与光纤光栅分析仪插口连接，通过光纤光栅分析仪标定记录出此时每段光纤（5.1）位移的初始状态；
Step5：放置液压千斤顶（4），启动油泵，对加载板（3）施加压力，从而对其内部的模型材料施加模拟地应力，然后进行开挖工作以及数据监测工作；
Step6：开挖工作完成后，用光纤光栅分析仪监测的实时位移数据减去标定的初始位移数据，即为实时实际监测位移数据，对监测的位移数据进行处理，得到准确的位移值。
8.根据权利要求7所述的位移监测方法，其特征在于：在Step3中，转动调整螺纹套筒（7）上的调节螺母（8）时，通过光纤光栅分析仪的数据变化，将调节螺母（8）调到合适的位置，保证后续测量位移过程中，反应到的光纤光栅分析仪位移数据变化在正负两个方向均有一定的量程，能满足测量需求。
9.根据权利要求7所述的位移监测方法，其特征在于：在Step3中，当调整好调节螺母（8）后，为减少后期模型继续填筑对压缩弹簧（9）和调节螺母（8）的干扰，保证法兰盘（6）与模型紧密粘合并固定，在该层模型表面的凹槽（19）内倒入热蜡，待其完全冷切后将法兰盘（6）固定，然后再继续填筑模型材料。
10.根据权利要求7所述的位移监测方法，其特征在于：所述Step3中，将光纤光栅位移传感器（5）的相应段设于该层模型表面时，光纤（5.1）在该层模型表面绕设的形状为U型，每次绕设完成后均穿出模型侧部及加载板（3）上的孔洞，待另外一层模型制作完成时，再穿进模型侧部及加载板（3）上的孔洞，再次在该层模型表面绕设形成U型，重复上述过程直至整根光纤（5.1）完成绕设过程。
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