CN216669078U

CN216669078U - 一种全分布式地层应力应变传感器

Info

Publication number: CN216669078U
Application number: CN202220066004.XU
Authority: CN
Inventors: 董岳; 栾元重; 栾亨轩; 王飞; 郭传超
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-01-11
Filing date: 2022-01-11
Publication date: 2022-06-03
Anticipated expiration: 2032-01-11

Abstract

本实用新型公开了一种全分布式地层应力应变传感器，属于大地测量技术领域，其包括支撑体；支撑体的中部开设有用于嵌入光纤的一个或多个连续的中部通道，支撑体的表面开设有一个或多个连续的卡槽；密封条，密封条分别嵌设于所述中部通道和卡槽内。本实用新型提供的全分布式地层应力应变传感器，结构简单、封堵效果好、操作简便、制作成本低，采用弹性橡胶材料支撑的支撑体作为载体，在支撑体上配置应力应变光纤和温度光纤，利用温度光纤监测结果修正应力应变监测结果，从而实现了地层高精度全方位的应力应变变化监测，利用监测数据能够全方位监测地下土层、岩层、流体的温度及应力应变，大大提高了工作效率。

Description

一种全分布式地层应力应变传感器

技术领域

本实用新型涉及一种全分布式地层应力应变传感器，属于大地测量技术领域。

背景技术

地下土层、岩层因为各种原因承载不了上层的重量时，容易发生塌陷。随着人类社会的快速发展，城市道路坍塌事故频繁发生，地下工程突水突泥灾害事故更加凸显。而且，由于坍塌及事故机理不清，难以做到提前预测和有效防控。为了探明坍塌及事故机理，需要对土层及岩层内的应力应变情况进行分析。土层及岩层的应力应变特性的分析促使工作人员准确认识土层、岩层情况，有助于解决地下工程、桩基础、高层建筑地基和上层建筑等工程问题。目前针对土层应力应变检测的传感器只能定点监测，而且监测精度低，无法做到全方位准确时时监测地下土层、岩层的应力应变特性。

需要说明的是，上述内容属于发明人的技术认知范畴，并不必然构成现有技术。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术所存在的问题，提供了一种全分布式地层应力应变传感器，结构简单、操作简便，能够方便准确的监测地层应力应变和温度变化性能。

本实用新型通过采取以下技术方案实现上述目的：

一种全分布式地层应力应变传感器，包括：

具有柔韧性的支撑体，所述支撑体沿某一方向延伸；

所述支撑体的中部开设有用于嵌入光纤的一个或多个连续的中部通道，所述支撑体的表面开设有一个或多个连续的卡槽，每个中部通道和卡槽均总体上与支撑体同向延伸；

密封条，所述密封条分别嵌设于所述中部通道和卡槽内，所述密封条用于在所述中部通道和卡槽内形成总体上与支撑体同向延伸的密封腔。

可选的，所述支撑体上开设有横向通道，所述横向通道自支撑体的侧面向所述中部通道延伸并与中部通道连通。

可选的，所述支撑体的材质为橡胶。

可选的，所述中部通道为圆柱形或长条形。

可选的，所述卡槽围绕支撑体螺旋延伸。

可选的，所述密封条包括相互对合的两个第一密封条，所述第一密封条用于嵌设在所述中部通道内，两个第一密封条相对的侧面上分别开设有第一密封槽，所述第一密封槽与第一密封条同向延伸。

可选的，所述第一密封条的侧面上并行开设有两个第一密封槽。

可选的，所述密封条包括第二密封条，所述第二密封条用于嵌设在所述卡槽内，所述第二密封条的侧面上开设有第二密封槽，所述第二密封槽与第二密封条同向延伸。

可选的，所述卡槽包括并行排布的两个单元卡槽。

可选的，所述第二密封条的侧面上并行开设有两个第二密封槽。

本申请的有益效果包括但不限于：

本实用新型提供的全分布式地层应力应变传感器，结构简单、封堵效果好、操作简便、制作成本低，采用弹性橡胶材料支撑的支撑体作为载体，在支撑体上配置应力应变光纤和温度光纤，利用温度光纤监测结果修正应力应变监测结果，从而实现了地层高精度全方位的应力应变变化监测，利用监测数据能够全方位监测地下土层、岩层、流体的温度及应力应变，大大提高了工作效率，实现了地面灾害的超前预警。实际应用时，可根据地上建筑物荷载压力的大小确定监测深度，根据监测深度灵活选取支撑体的长度，适应性强。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型提供的全分布式地层应力应变传感器的结构示意图(长度仅作为示意)；

图2为图1的纵向剖视图；

图3为第一密封条的端面图；

图4为第一密封条的立体图(长度仅作为示意)；

图5为第二密封条的立体图(长度仅作为示意)；

图6为支撑体上配置光纤后的示意图；

图7为图6的纵向剖视图；

图8为图6的俯视图。

图中，100、支撑体；200、中部通道；210、第一密封条；211、第一密封槽；300、卡槽；310、第二密封条；311、第二密封槽；400、横向通道； 510、应力应变光纤；520、温度光纤。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本实用新型进行详细阐述。

需说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施。因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1及图2中所示，本实用新型提供的全分布式地层应力应变传感器，包括具有柔韧性的支撑体100，支撑体100沿某一方向延伸。通常，支撑体 100的延伸方向定义为其长度方向。支撑体100通常采用长棒状结构，材质优选采用橡胶，抗压强度大于30MPa。

为了能够全面检测地层的性能，需要在支撑体100上配置应力应变光纤 510、温度光纤520等，常用的应力应变光纤510中心为应力应变光缆，铠装 HDPE外护套、SS316钢管保护套；温度光纤520可采用普通光纤传感器，工作温度为-40°到65°。

为了将光纤配置到支撑体100上，本实用新型提供的全分布式地层应力应变传感器中在支撑体100的中部开设有用于嵌入光纤的一个或多个连续的中部通道200，在支撑体100的表面开设有一个或多个连续的卡槽300，用于嵌入应力应变光纤510、温度光纤520。每个中部通道200和卡槽300均总体上与支撑体100同向延伸，中部通道200可采用圆柱形，卡槽300可绕支撑体100螺旋延伸。

为了将光纤与周围环境隔绝，需要在中部通道200或卡槽300内嵌设密封条，密封条用于在中部通道200或卡槽300内形成总体上与支撑体100同向延伸的密封腔，密封腔用于密封安装光纤。密封条采用与浅层土性能相似的橡胶材料，能够良好的传递地层内应力。

具体的，密封条包括第一密封条210和第二密封条310。中部通道200内需要配置相互对合的两个半圆柱形的第一密封条210。如图3及图4中所示，两个第一密封条210相对的侧面上分别开设有第一密封槽211，第一密封槽 211与第一密封条210同向延伸，两个第一密封条210对合后在中部围出圆柱形的密封腔，可置入光纤。

第二密封条310配置在卡槽300内，如图5中所示，第二密封条310的侧面上开设有第二密封槽311，第二密封槽311与第二密封条310同向延伸。第二密封条310嵌入卡槽300后，与卡槽300合围形成绕支撑体100螺旋延伸的密封腔，可置入光纤。通常，卡槽300的螺距为20cm左右。

本实用新型提供的全分布式底层应力应变传感器在使用时，根据实际监测需求截取适宜长度的支撑体100，在卡槽300内涂抹适量黄油后将光纤布设缠绕在卡槽300内，并同步扣压入第二密封条310；然后，将第一密封条210 黏贴在光纤剩余部分的外侧，将第一密封条210与光纤一起穿过中部通道200。

光纤从支撑体100的顶部引出后与光纤信号监测设备连接，完成地层分布式光纤传感器的整备工作。整备后的光纤传感器埋设入监测钻孔，并根据施工现场情况选择相似材料封堵缝隙。然后，打开光纤解调仪，向光纤输入光信号，并时时监控光纤的返回信号，实现地层全方位时时监测。

为了方便在施工时根据实际工况灵活选择所需长度的支撑体100，在优选的实施方式中，支撑体100上开设有横向通道400，横向通道400自支撑体 100的侧面向中部通道200延伸并与中部通道200连通。实际应用时，通常在支撑体100上每间隔1m左右留设横向通道400。

进一步的，为了能够在支撑体100上配置多条光纤，优选在第一密封条 210的侧面上并行开设有两道第一密封槽211，两个第一密封条210对合后，围设形成两条完整的圆柱形密封腔，可置入两根光纤。卡槽300包括并行排布的两道单元卡槽300，第二密封条310的侧面上并行开设有两道第二密封槽 311。第二密封条310嵌入卡槽300后，与卡槽300合围形成绕支撑体100螺旋延伸的两道密封腔，可置入两根光纤。

如图6-图8中所示，实际应用时，在支撑体100上同时配置应力应变光纤510和温度光纤520，应力应变光纤510监测应力变化与温度复合影响下的结果，温度光纤520监测温度变化影响的结果，利用温度光纤520监测结果修正应力应变监测结果，从而实现了地层高精度全方位的应力应变变化监测，解决了以往定点式传感器无法全面监测的问题。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

上述具体实施方式不能作为对本实用新型保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本实用新型实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在实用新型的保护范围内。

本实用新型未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims

1.一种全分布式地层应力应变传感器，其特征在于，包括：

支撑体，所述支撑体沿某一方向延伸；

2.根据权利要求1所述的全分布式地层应力应变传感器，其特征在于，所述支撑体上开设有横向通道，所述横向通道自支撑体的侧面向所述中部通道延伸并与中部通道连通。

3.根据权利要求1所述的全分布式地层应力应变传感器，其特征在于，所述支撑体的材质为橡胶。

4.根据权利要求1所述的全分布式地层应力应变传感器，其特征在于，所述中部通道为圆柱形或长条形。

5.根据权利要求1所述的全分布式地层应力应变传感器，其特征在于，所述卡槽围绕支撑体螺旋延伸。

6.根据权利要求1所述的全分布式地层应力应变传感器，其特征在于，所述密封条包括相互对合的两个第一密封条，所述第一密封条用于嵌设在所述中部通道内，两个第一密封条相对的侧面上分别开设有第一密封槽，所述第一密封槽与第一密封条同向延伸。

7.根据权利要求6所述的全分布式地层应力应变传感器，其特征在于，所述第一密封条的侧面上并行开设有两个第一密封槽。

8.根据权利要求1所述的全分布式地层应力应变传感器，其特征在于，所述密封条包括第二密封条，所述第二密封条用于嵌设在所述卡槽内，所述第二密封条的侧面上开设有第二密封槽，所述第二密封槽与第二密封条同向延伸。

9.根据权利要求8所述的全分布式地层应力应变传感器，其特征在于，所述卡槽包括并行排布的两个单元卡槽。

10.根据权利要求9所述的全分布式地层应力应变传感器，其特征在于，所述第二密封条的侧面上并行开设有两个第二密封槽。