[发明专利]基于导电聚合物的土体变形监测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程领域，尤其涉及基于导电聚合物的土体变形监测系统及方法。

背景技术

近年来,由高分子聚合物合成的土工材料（如土工格栅等），因其强度高、耐腐蚀、柔性大、运输方便等优点，被广泛应用于路堤、边坡及挡土墙等土工的加筋工程。然而，有关筋土相互作用机制和计算分析方法的研究却落后于工程实践的发展，表现在按现有某些方法进行的计算结果，反映不了土工合成材料对改善结构物稳定性的显著作用。这表明土工合成材料的加固机制和被加固土体的可能破坏模式还没有搞得很清楚，使得计算方法也缺乏针对性，这样，土工合成材料的加筋应用就带有一定的盲目性，并可能严重影响其推广和技术发展。另外，为了了解全寿命周期内加筋土工程的稳定性，一般对加筋土体某些离散点的沉降和水平位移等外部稳定指标进行监测，但实践表明只有加筋土内部损伤状态发展到一定程度时，沉降等才会有明显的变化，这样往往延误最佳的加固时机。鉴于以上原因，人们开始加强对加筋土体内部稳定指标的现场测试与研究，但目前测试手段还很不完善。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明具体公开了基于导电聚合物的土体变形监测系统及方法，本发明将机敏导电聚合物用于土体加固与变形自检测，能够对土体稳定性分析方法进行验证，能够诊断加筋土体破坏状态，能够为土体安全预警提供更加合理的技术手段。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

基于导电聚合物的土体变形监测系统，包括铺设有导电聚合物的土体，铺设有导电聚合物的土体通过导线与无线数据采集仪相连，无线数据采集仪并与网络连接，网络通过网络接口与数据库相连，网络及数据库与服务器相连。

基于导电聚合物的土体变形监测系统的土体变形监测方法，包括以下步骤：

步骤一，在导电聚合物表面加涂一层防潮保护涂层；

步骤二，在室内进行导电聚合物拉伸试验，测定导电聚合物变形与电阻变化间的关系，同时模拟出导电聚合物在土体中不同围压下的容许拉应变。

步骤三，在施工时将导电聚合物铺设到土体中，进行压实；

步骤四，使用无线数据采集仪进行实地数据采集；

步骤五，测出土体中各层聚合物的实际拉应变ε_ti，并与对应的各层聚合物容许拉应变进行比较；

步骤六，设各层导电聚合物容许拉应变为ε_ai，若有ε_ti>ε_ai，即实际导电聚合物拉应变高于导电聚合物容许拉应变，则土体有滑裂危险，导电聚合物进行安全预警。

所述步骤三中从土体中引出与导电聚合物接触良好且稳固的导线；

所述导线外设有绝缘防水防腐包层；

所述步骤五和步骤六中各层聚合物容许拉应变即为步骤二中的导电聚合物在土体中不同围压下的容许拉应变；

所述基于导电聚合物的土体变形监测系统可融入智能交通系统；

在聚合物表面加涂一层防潮保护涂层，是为了防止导电聚合物在土中受到其它因素的影响而使其电阻率变化。

导电高分子材料目前已在能源、光电子器件、信息、传感器、分子导线和器件，以及电磁屏蔽、金属防腐和隐身技术等领域得到了广泛应用，填充复合型导电高分子材料是应用最广泛的导电复合材料，它是在基体聚合物中加入炭黑、碳纤维、石墨、碳纳米管等导电填料复合而成。

如图1所示，导电复合材料的导电行为一般呈现典型的渗滤现象，当填料含量增加到某一阈值时,在某一区域内复合材料电阻率急剧下降，这一区域被称作渗滤区域。机敏材料具有感知和驱动功能，某些导电高分子复合材料也具有机敏性，经过特殊设计后表现出一些特殊效应，如拉敏效应，拉敏效应是指在外部拉力作用下导电性发生转变的过程(低阻→高阻)。拉敏效应的出现是由于当复合材料变形超过某临界值时，导电通路被部分破坏而呈高阻态。

在实际应用中可通过电阻率的变化来确定材料的各性能指标的变化规律。当导电聚合物受到外力作用时，材料本身发生形变，土体变形处的电阻率发生显著变化，此时，通过对采集到的实时数据的分析来判断土体滑裂面的位置、方位，监测滑裂面演化过程。

通过监测潜在滑裂面位置，可对土体变形破坏进行安全预警。因此，作为加筋材料可以有效地提高土体的稳定性，降低土体被破坏的风险。

所述步骤四中该系统可融入智能交通系统，实用、准确和高效，可适于对高大路基和挡墙等进行大范围、全方位监测。

本发明的有益效果：