利用光纖光柵對寒區(qū)砂類土路堤進(jìn)行多場測試方法及設(shè)備的制造方法
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種利用光纖光柵對寒區(qū)砂類土路堤進(jìn)行多場測試的方法及測試專用設(shè)備。
[0002]【背景技術(shù)】:
現(xiàn)行規(guī)范的和傳統(tǒng)的路堤測試方法中，大部分為室內(nèi)試驗(yàn)，僅有承載比和抗壓彈性模量法可以進(jìn)行室外試驗(yàn)；室內(nèi)試驗(yàn)不能模擬實(shí)際工程工況，僅能對路堤土材料本身質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果有很大的局限性；CBR、貝克曼梁以及落錘式彎沉儀是目前我國路堤現(xiàn)場檢測最為傳統(tǒng)并且是公路行業(yè)規(guī)范中規(guī)定使用的測定路堤回彈模量的方法，但是這些方法最大的局限就是必須在路堤鋪筑完成，而未進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)鋪筑前進(jìn)行檢測，即只能在公路施工過程中進(jìn)行現(xiàn)場檢測；而路堤在長期使用過程中，其性狀將隨荷載作用以及溫度、水環(huán)境因素的變化而變化；特別是在寒區(qū)，公路路堤長期處于復(fù)雜多變的自然環(huán)境中，凍融循環(huán)和日益增加的重載車輛加速了砂類土路堤的破壞速度，如何檢測寒區(qū)砂類土路堤在荷載、溫度及水等多場耦合作用下強(qiáng)度與穩(wěn)定性迫在眉睫，而上述傳統(tǒng)檢測方法在公路通車使用后檢測多場作用下路堤的強(qiáng)度和穩(wěn)定性方面顯得束手無策。
[0003]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的是提供一種利用光纖光柵對寒區(qū)砂類土路堤進(jìn)行多場測試的方法。
[0004]上述的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種利用光纖光柵對寒區(qū)砂類土路堤進(jìn)行多場測試的方法，其方法包括以下步驟:
(I)光纖光柵的布設(shè)；(2)光纖光柵載體選擇及光柵封裝；(3)埋置位置及深度的確定；
[4]各物理參數(shù):變形、溫度、應(yīng)力的測試:數(shù)據(jù)的采集需光纖光柵數(shù)據(jù)采集儀和光纖光柵數(shù)據(jù)解調(diào)儀；光纖光柵解調(diào)儀應(yīng)為測量低速變化，像應(yīng)力、溫度和壓力的參數(shù)而設(shè)計(jì)的，其容量允許在一根光纖上同時(shí)連接大于40個(gè)FBG傳感器；所述的光柵布設(shè)于寒區(qū)砂類土路堤的路基的土層中，光纖光柵數(shù)據(jù)采集儀的光源、電源、傳感器集成一體化；試驗(yàn)過程采用重載汽車對路基進(jìn)行加載，加載過程中通過所述的光纖光柵采集儀采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，傳輸?shù)焦饫w光柵數(shù)據(jù)解調(diào)儀的終端采集設(shè)備，光纖光柵數(shù)據(jù)解調(diào)儀對數(shù)據(jù)采集、分析和處理，實(shí)現(xiàn)重載作用下路基的變形、溫度和應(yīng)力的多場測試。
[0005]所述的利用光纖光柵對寒區(qū)砂類土路堤進(jìn)行多場測試的方法，所述的步驟(I)光纖光柵的布設(shè):首先，使用的光柵為光纖布拉格光柵，其是光纖光柵傳感器中一種重要的基本傳感元件，簡稱為FBG;其次，截取兩個(gè)光柵點(diǎn)之間的梁段為一個(gè)計(jì)算單元，其變形計(jì)算使用連續(xù)體在小變形下的幾何方程。
[0006]所述的利用光纖光柵對寒區(qū)砂類土路堤進(jìn)行多場測試的方法，所述的步驟(2)光纖光柵載體選擇及光柵封裝:光柵不能直接埋入，需要如ABS塑料、PVC管、PPR管、碳纖維的載體材料，保證光纖光柵在載體材料支撐保護(hù)下可抵御惡劣環(huán)境，不受損壞，采用管式封裝方式將光纖光柵封裝到一定載體上；封裝管采用非透明塑料管，膠黏劑采用環(huán)氧樹脂膠，封裝時(shí)將FBG光柵直接用環(huán)氧樹脂粘貼在塑料管上，而光纖部分采用鎧裝跳線進(jìn)行保護(hù)；為了構(gòu)成懸臂梁結(jié)構(gòu)，采用以鋼管作為固定端，在鋼管上鉆兩個(gè)大于監(jiān)測管直徑的孔，將監(jiān)測管插入孔內(nèi)，用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑將監(jiān)測管固定到孔上；然后利用靜壓設(shè)備將裝好監(jiān)測管的鋼管壓入路基內(nèi)。
[0007]所述的利用光纖光柵對寒區(qū)砂類土路堤進(jìn)行多場測試的方法，所述的步驟(3)埋置位置及深度的確定:光纖光柵布置的空間相對位置，一是路堤輪跡帶，二是基粧的位置；為了監(jiān)測荷載作用下不同深度路基變化，將監(jiān)測管埋置于路基的不同深度，其監(jiān)測深度可控制在路基以下為O-1OOcm的范圍。
[0008]一種上述方法使用的對寒區(qū)砂類土路堤進(jìn)行多場測試的光纖光柵設(shè)備，其組成包括:光纖光柵數(shù)據(jù)采集儀和光纖光柵數(shù)據(jù)解調(diào)儀，所述的光纖光柵數(shù)據(jù)采集儀的光纖上同時(shí)連接大于40個(gè)FBG傳感器；每個(gè)光柵點(diǎn)裝有傳感器，2個(gè)光柵點(diǎn)之間設(shè)置為一個(gè)計(jì)算單元，光源、電源、傳感器集成一體化，所述的光柵布設(shè)于寒區(qū)砂類土路堤的路基的土層中。
[0009]所述的光纖光柵設(shè)備，所使用的光柵為光纖布拉格光柵，光纖光柵載體選擇及光柵封裝:光柵通過ABS塑料、PVC管、PPR管、碳纖維等材料的管路采用環(huán)氧樹脂膠進(jìn)行管式封裝，封裝時(shí)光纖部分采用鎧裝跳線進(jìn)行保護(hù)。
[0010]所述的光纖光柵設(shè)備，所述的管路外固定有懸臂梁結(jié)構(gòu)，采用以鋼管作為固定端，在鋼管上鉆有安裝監(jiān)測管插孔，所述的管路用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑將監(jiān)測管固定到所述的孔上；然后利用靜壓設(shè)備將裝好監(jiān)測管的鋼管壓入路基內(nèi)。
[0011]本發(fā)明的有益效果:
1.本發(fā)明的方法能夠克服傳統(tǒng)檢測方法不能在公路通車過程中檢測的弊端，其是利用光纖光柵傳感技術(shù)對砂類土路堤在荷載、溫度及水多場耦合作用下的強(qiáng)度和穩(wěn)定性進(jìn)行檢測，并且該方法具有良好的適用性，可以對砂類土路堤的變形、應(yīng)力等參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測，該測試方法簡便、價(jià)格低廉、精度高。
[0012]本發(fā)明方法最大優(yōu)勢是能夠?qū)崿F(xiàn)荷載、溫度及水等多場耦合作用下的土體位移、壓力的檢測，并且不受低溫和潮濕環(huán)境的限制；同時(shí)，光纖光柵對寒區(qū)砂類土路堤進(jìn)行多場測試的方法終端非常簡潔，功率低，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)檢測。
[0013]【附圖說明】:
附圖1是本發(fā)明的光纖光柵結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:I一光纖光柵載體(含光纖光柵)，2—固定端，A、B一光纖光柵傳感器
附圖2是本發(fā)明的光纖光柵結(jié)構(gòu)位移變化示意圖。圖中V —位移量附圖3是本發(fā)明的光纖光柵結(jié)構(gòu)放大示意圖。圖中h—光纖光柵厚度【具體實(shí)施方式】:
實(shí)施例1:
利用光纖光柵對寒區(qū)砂類土路堤進(jìn)行多場測試的方法，其方法包括以下步驟:
(1)光纖光柵的布設(shè)；
(2)光纖光柵載體選擇及光柵封裝；
(3)埋置位置及深度的確定；
(4)各物理參數(shù):變形、溫度、應(yīng)力的測試:數(shù)據(jù)的采集需光纖光柵數(shù)據(jù)采集儀和光纖光柵數(shù)據(jù)解調(diào)儀；光纖光柵解調(diào)儀應(yīng)為測量低速變化，像應(yīng)力、溫度和壓力的參數(shù)而設(shè)計(jì)的，其容量允許在一根光纖上同時(shí)連接大于40個(gè)FBG傳感器；所述的光柵布設(shè)于寒區(qū)砂類土路堤的路基的土層中，光纖光柵數(shù)據(jù)采集儀的光源、電源、傳感器集成一體化；試驗(yàn)過程采用重載汽車對路基進(jìn)行加載，加載過程中通過所述的光纖光柵采集儀采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，傳輸?shù)焦饫w光柵數(shù)據(jù)解調(diào)儀的終端采集設(shè)備，光纖光柵數(shù)據(jù)解調(diào)儀對數(shù)據(jù)采集、分析和處理，實(shí)現(xiàn)重載作用下路基的變形、溫度和應(yīng)力的多場測試。
[0014]實(shí)施例2:
根據(jù)實(shí)施例1所述的利用光纖光柵對寒區(qū)砂類土路堤進(jìn)行多場測試的方法，所述的步驟(I)光纖光柵的布設(shè):首先，使用的光柵為光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating)，其是光纖光柵傳感器中一種重要的基本傳感元件，簡稱為FBG;其次，截取兩個(gè)光柵點(diǎn)之間的梁段為一個(gè)計(jì)算單元，其變形計(jì)算使用連續(xù)體在小變形下的幾何方程。
[0015]實(shí)施例3:
根據(jù)實(shí)施例1所述的利用光纖光柵對寒區(qū)砂類土路堤進(jìn)行多場測試的方法，所述的步驟(2)光纖光柵載體選擇及光柵封裝:光柵不能直接埋入，需要如