[发明专利]基于光纤光栅技术的土工格栅受力的直接测量方法

说明书

本发明公开了一种基于光纤光栅技术的土工格栅受力的直接测量方法。本方法包含两个步骤：光纤光栅半紧套结构的封装以及土工格栅受力参数直接测量的标定方法；结合不同规格与粗糙度的套管，实现半紧套封装结构，在保证变形协调性的同时，保护光栅；通过一种用于测得土工格栅受力参数的标定方法，通过半紧套传感结构土工格栅的系统拉伸试验，实现受力参数的直接测量；对光栅区段的套管进行粗糙度处理，实现格栅表面与护套间的界面相容性。本发明在土工格栅受力直接测量的基础上，提高光纤使用寿命，防止结构胶对格栅强度的改变，提高套管与土工格栅表面间紧紧咬合的界面相容性，保证套管与土工格栅的协调变形，易于操作、成本低廉、便于推广使用。

技术领域

本发明涉及土木工程监测、水利、交通、电力等领域，具体涉及基于光纤光栅技术的土工格栅受力的直接测量方法，其中包括用于加筋土中土工格栅变形和受力测量的半紧套光纤光栅封装设计方法，以及用于土工格栅受力直接测量的标定方法。

背景技术

近年来，在岩土工程中已经大量应用土工格栅对土体进行加筋处理，尤其是交通工程及土建工程。随着高分子聚合物材料的发展，土工格栅作为一种新型的加筋材料，在土木工程领域得到了大力的应用和推广，同时推动着整个土工合成材料体系的不断完善。

国内外学者对于加筋机理进行了众多的研究，在自重作用下松散的砂土可堆成具有天然休止角的斜坡，若在该砂土中分层埋设加筋材料，可使得经过加筋的砂土不塌成斜坡，保持一定的直立状态，土工格栅加筋作用正是利用了这一原理，经过加筋后所形成的复合土体能够产生力学性能的改善。但是对于土工格栅这类加筋材料在加筋过程中的变形量及受力值的大小，由于缺乏有效工具帮助试验研究，目前并没有得出较为准确的定论。对于土工格栅变形与受力的测量，在进行土木工程的室内模型试验时，变形较为微小，传统传感器的感测精度难以达到要求；在实际工程中应用时，传统传感器例如应变片的刚度远大于土工格栅的本身刚度，因此测量误差较大，误差的累积会导致监测结果的失真，而恶劣环境也会导致由金属制成的传统传感器迅速老化、失效，即使测得应变值，仍需结合弹性模量换算出土工格栅受力值，若在工程数据不完备的情况下，不具有加筋材料的弹性模量时便无法得到受力值。综上所述，在实际工程中急需一种寿命长、可直接测量的测量工具与方法。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术方法存在的不足，提出一种基于光纤光栅技术的土工格栅受力的直接测量方法，能够进行推广应用，为土工格栅的加筋发挥效果研究提供参考，为土工合成材料领域及加筋土领域的相关研究提供一个新的角度，为光纤光栅在其它领域的应用效果提供参考。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于光纤光栅技术的土工格栅受力的直接测量方法，其特征是具体操作步骤为：第一步是运用不同规格、不同粗糙度的套管，通过点式固定的方式，将光纤与土工格栅的筋条连接在一起，达到协调变形，实现光纤光栅的半紧套封装结构，该结构改进了现有技术的胶条式直接包裹光栅的固定方式，延长光栅的使用寿命，同时防止了胶条对土工格栅整体强度的影响；第二步是根据一种标定试验方法，通过预先得到的标定结果，在实际测量时直接测得土工格栅的受力值，通过该操作能够弥补实际工程或者土工试验中，因缺少加筋材料相关物理性质指标而无法得到受力参数的情况，避开了经过土工格栅弹性模量的换算这一计算步骤，同时也简化了工后数据的处理。