CN219280690U

CN219280690U - 一种基于fbg的黄土边坡治理感知锚索

Info

Publication number: CN219280690U
Application number: CN202320357445.XU
Authority: CN
Inventors: 龙建辉; 李凯悦; 陈奥; 赵毅茹; 韦新蕾; 朱渝杭
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2023-03-01
Filing date: 2023-03-01
Publication date: 2023-06-30
Anticipated expiration: 2033-03-01

Abstract

本实用新型公开一种基于FBG的黄土边坡治理感知锚索，涉及边坡监测领域，锚索包括预应力锚索、FBG传感器和外壳；外壳包裹在预应力锚索的外侧；外壳上设置有凹槽；凹槽位于外壳与预应力锚索的接触面上；FBG传感器设置在凹槽内，用于检测预应力锚索受到的应变力和预应力锚索的温度。本实用新型通过在预应力锚索外侧设置FBG传感器，检测预应力锚索受到的应变力和预应力锚索的温度，并通过预应力锚索的温度对预应力锚索受到的应变力进行补偿，得到在不发生热胀冷缩的情况下预应力锚索受到的应变力的真实值，提高了对黄土边坡监测的精度。

Description

一种基于FBG的黄土边坡治理感知锚索

技术领域

本实用新型涉及边坡监测领域，特别是涉及一种基于FBG的黄土边坡治理感知锚索。

背景技术

近年随着高速公路建设事业的迅速发展，以及大型重点工程项目的日益增多，边坡治理越来越突出。预应力锚索为一种较好的深层加固手段，是通过对预应力锚索施加张拉力，使岩体或混凝土结构达到稳定状态或改善其内部应力状况的技术措施。对于预应力锚索加固坡体而言，依旧存在一些难以攻克的难题，在长期效应荷载、疲劳效应和突变效应等因素的共同作用下，预应力钢绞线锚索不可避免地会出现结构的损伤积累和抵抗力衰减，从而导致锚索原有的工作能力和抵抗自然灾害的作用下降，以及从安装到运营阶段中出现预应力损失。此外，具有地质隐患的边坡通过预应力锚索加固以后，在设计层面角度上达到了规范稳定安全系数要求，但是伴随岩土体中的温度、岩土体蠕变、锚索松弛及地下水等因素的变化而变化，无从得知坡体内部这些因素的变化情况，因此需要对预应力锚索进行监测。

光纤Bragg光栅(FBG)传感器属于光纤传感器的一种，通过外界物理参量对光纤布拉格(Bragg)波长的调制来获取传感信息，是一种波长调制型光纤传感器。光纤光栅本身具有防水、防潮、耐腐蚀、使用寿命长的特点，而且精度高，抗干扰能力强，结构简单，长期稳定性好，其本身传感信号为波长调制，测量信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗不受光源功率波动和系统损耗影响，可实现实时、在线监测，相对于传统监测手段而言，这就使得它用于锚索应力应变状态监测具有普适性，但是现有技术中没有应用光纤Bragg光栅(FBG)传感器进行边坡监测的技术。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于FBG的黄土边坡治理感知锚索，能够提高黄土边坡监测精度。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种基于FBG的黄土边坡治理感知锚索，所述锚索包括预应力锚索、FBG传感器和外壳；

所述外壳包裹在所述预应力锚索的外侧；

所述外壳上设置有凹槽；所述凹槽位于所述外壳与所述预应力锚索的接触面上；

所述FBG传感器设置在所述凹槽内；所述FBG传感器用于检测所述预应力锚索受到的应变力和所述预应力锚索的温度。

可选地，所述FBG传感器包括FBG应变计和FBG温度计。

可选地，所述FBG应变计、所述FBG温度计和所述预应力锚索的中轴线在同一平面内且所述FBG应变计与所述FBG温度计关于所述预应力锚索的中轴线对称。

可选地，所述FBG传感器还包括应变计支架；

所述应变计支架用于将所述FBG应变计固定在所述凹槽内。

可选地，所述FBG传感器通过环氧树脂封装在所述凹槽内。

可选地，所述外壳包括PVC环形材料和铝质保护层；

所述PVC环形材料包裹在所述预应力锚索的外侧；

所述铝质保护层包裹在所述PVC环形材料的外侧。

可选地，所述凹槽，设置在所述PVC环形材料上，且位于所述PVC环形材料与所述预应力锚索的接触面上。

可选地，所述PVC环形材料通过环氧树脂粘接在所述预应力锚索的外侧。

可选地，在所述锚索的轴向方向上，所述铝质保护层的长度大于所述PVC环形材料的长度。

可选地，所述预应力锚索由七根钢绞线绞合而成。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：

本实用新型提供了一种基于FBG的黄土边坡治理感知锚索，锚索包括预应力锚索、FBG传感器和外壳；外壳包裹在预应力锚索的外侧；外壳上设置有凹槽；凹槽位于外壳与预应力锚索的接触面上；FBG传感器，设置在凹槽内，用于检测预应力锚索受到的应变力和预应力锚索的温度。本实用新型通过在预应力锚索外侧设置FBG传感器，检测预应力锚索受到的应变力和预应力锚索的温度，并通过预应力锚索的温度对预应力锚索受到的应变力进行补偿，得到在不发生热胀冷缩的情况下预应力锚索受到的应变力的真实值，提高了对黄土边坡监测的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的基于FBG的黄土边坡治理感知锚索的结构图；

图2为本实用新型实施例提供的基于FBG的黄土边坡治理感知锚索的一个剖面图；

图3为本实用新型实施例提供的基于FBG的黄土边坡治理感知锚索的另一个剖面图。

符号说明：

1、预应力锚索；2、PVC环形材料；3、铝质保护层；4、传感器导线；5、凹槽；6、FBG应变计；7、应变计支架；8、FBG温度计。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型提供了一种基于FBG的黄土边坡治理感知锚索，所述锚索包括预应力锚索1、FBG传感器和外壳。

所述外壳包裹在所述预应力锚索1的外侧；具体地，所述预应力锚索1由七根钢绞线绞合而成。

所述外壳上设置有凹槽5；所述凹槽5位于所述外壳与所述预应力锚索1的接触面上。

所述锚索还包括环氧树脂粘结剂和传感器导线4，其中，环氧树脂粘结剂在图中没有展示。

所述FBG传感器设置在所述凹槽5内；所述FBG传感器用于检测所述预应力锚索1受到的应变力和所述预应力锚索1的温度。具体地，所述FBG传感器包括FBG应变计6和FBG温度计8；所述FBG应变计6、所述FBG温度计8和所述预应力锚索1的中轴线在同一平面内且所述FBG应变计6与所述FBG温度计8关于所述预应力锚索1的中轴线对称；所述FBG传感器为FBG光纤光栅传感器，具有体积小，精度高的特点。在FBG应变计6得到数据的基础上用FBG温度计8的数据进行补偿，得到在不发生热胀冷缩的情况下最真实的应变。所述FBG应变计6和FBG温度计8沿所述PVC环形材料2的长度方向通过环氧树脂固定封装于所述PVC环形材料2内。环氧树脂粘结剂可增加其稳定性。

此外，所述FBG传感器还包括应变计支架7；所述应变计支架7用于将所述FBG应变计6固定在所述凹槽5内。具体地，所述FBG传感器通过环氧树脂封装在所述凹槽5内。当坡体内部随着岩土体温度、岩土体蠕变、锚索松弛和地下水等因素的变化而变化时，提供坡体内部应力应变规律以便提供超前预警信息。

在实际应用中，所述FBG应变计6和FBG温度计8放置于PVC环形材料预留的凹槽5中，由应变计支架7固定后填充环氧树脂，对称分布于环形材料两侧。

其中，所述外壳包括PVC环形材料2和铝质保护层3；所述PVC环形材料2包裹在所述预应力锚索1的外侧；所述铝质保护层3包裹在所述PVC环形材料2的外侧。具体地，所述PVC环形材料2通过环氧树脂粘接在所述预应力锚索1的外侧。所述预应力锚索1外侧包裹PVC环形材料2随从锚索协同应变，两者之间用环氧树脂粘结剂粘接。PVC环形材料2包裹在所述预应力锚索1的外侧形成第一空心圆柱体；所述保护材料选用铝质保护层3，所述铝质保护层3包裹在所述PVC环形材料2外侧形成的第二空心圆柱体的内直径等于PVC环形材料2形成的第一空心圆柱体的外直径，铝质保护层3沿所述第二空心圆柱体的轴向方向上的长度大于PVC环形材料2沿所述第一空心圆柱体的轴向方向上的长度，铝质保护层3用于保护传感器。

进一步地，所述凹槽5，设置在所述PVC环形材料2上，且位于所述PVC环形材料2与所述预应力锚索1的接触面上，并且在所述锚索的轴向方向上，所述铝质保护层3的长度大于所述PVC环形材料2的长度。

在实际应用中，所述凹槽5包括应变计用凹槽和温度计用凹槽；所述应变计用凹槽用来固定所述FBG应变计6，所述温度计用凹槽用来固定所述FBG温度计8；所述应变计用凹槽、所述温度计用凹槽和所述预应力锚索1的中轴线在同一平面内且所述应变计用凹槽与所述温度计用凹槽关于所述预应力锚索1的中轴线对称，使得所述FBG应变计6和所述FBG温度计8对称分布在PVC环形材料2上，理论上解决由于单边刻槽引起的应变不均匀问题。

本实用新型提供的基于FBG的黄土边坡治理感知锚索的加工过程如下所述：

首先，将PVC环形材料2加工，在内侧刻槽，得到凹槽5，用于放置FBG传感器，凹槽5对称分布于两侧，也就是PVC环形材料2包裹在所述预应力锚索1的外侧后，所述凹槽5与所述第一空心圆柱体的轴线在同一平面上且所述凹槽5关于所述第一空心圆柱体的轴线对称，并在凹槽5沿环形材料组成第一空心圆柱体的轴向方向开孔，用于放置FBG传感器导线4。将FBG传感器与应变计支架7组装，将组装完成的传感器通过应变计支架7固定在环形材料凹槽5内测，传感器沿PVC环形材料2构成的第一空心圆柱体的轴向方向安置于内测凹槽5中。传感器导线4通过测孔将传感器与外界相连通。安置传感器后用环氧树脂粘结剂进行粘接，可保证光纤光栅不受振动影响而产生位移，增加稳定性。将凝固好的PVC环形材料2裹在预应力锚索1外侧，同样使用环氧树脂粘结剂进行固定。

本实用新型提供的基于FBG的黄土边坡治理感知锚索的监测原理如下所述：

当预应力锚索1受力时发生形变，与预应力锚索1直接接触且粘接的PVC环形材料2会发生协同应变，置于PVC环形材料2内侧的凹槽5内的应变计支架7首先会被拉长，应变计支架7发生相对位移，并将此位移传递给FBG应变计6内的光纤，FBG应变计6内的光纤光栅的栅距会发生变化，从而根据外部解调仪得到的信号加以数据分析，就可以得到预应力锚索1发生的应变。

本实用新型的有益效果是：

1.采用FBG光纤光栅传感器，测量精度高，相对传统监测仪器成本低，实现对边坡内部锚索实时监测，及时提供预警信息。

2.采用PVC管对传感器进行封装，将传感器贴合到锚索上且PVC管弹性模量小，不会影响锚索变形。

3.外层的铝质保护层可以对传感器进行保护，避免注浆或锚索变形时对传感器产生破坏。

4.PVC管内部凹槽放置传感器，使FBG光纤光栅传感器与锚索更好贴合，解决了以往因钢绞线表面扭曲而无法贴合的问题。

5.钢绞线两侧对称安装FBG应变计和FBG温度计，减小因结构不对称造成的应变误差。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims

1.一种基于FBG的黄土边坡治理感知锚索，其特征在于，所述锚索包括预应力锚索、FBG传感器和外壳；

所述外壳包裹在所述预应力锚索的外侧；

2.根据权利要求1所述的基于FBG的黄土边坡治理感知锚索，其特征在于，所述FBG传感器包括FBG应变计和FBG温度计。

3.根据权利要求2所述的基于FBG的黄土边坡治理感知锚索，其特征在于，所述FBG应变计、所述FBG温度计和所述预应力锚索的中轴线在同一平面内且所述FBG应变计与所述FBG温度计关于所述预应力锚索的中轴线对称。

4.根据权利要求1所述的基于FBG的黄土边坡治理感知锚索，其特征在于，所述FBG传感器还包括应变计支架；

所述应变计支架用于将所述FBG应变计固定在所述凹槽内。

5.根据权利要求4所述的基于FBG的黄土边坡治理感知锚索，其特征在于，所述FBG传感器通过环氧树脂封装在所述凹槽内。

6.根据权利要求1所述的基于FBG的黄土边坡治理感知锚索，其特征在于，所述外壳包括PVC环形材料和铝质保护层；

所述PVC环形材料包裹在所述预应力锚索的外侧；

所述铝质保护层包裹在所述PVC环形材料的外侧。

7.根据权利要求6所述的基于FBG的黄土边坡治理感知锚索，其特征在于，所述凹槽，设置在所述PVC环形材料上，且位于所述PVC环形材料与所述预应力锚索的接触面上。

8.根据权利要求6所述的基于FBG的黄土边坡治理感知锚索，其特征在于，所述PVC环形材料通过环氧树脂粘接在所述预应力锚索的外侧。

9.根据权利要求6所述的基于FBG的黄土边坡治理感知锚索，其特征在于，在所述锚索的轴向方向上，所述铝质保护层的长度大于所述PVC环形材料的长度。

10.根据权利要求1所述的基于FBG的黄土边坡治理感知锚索，其特征在于，所述预应力锚索由七根钢绞线绞合而成。