[发明专利]一种基于透明土的OFDR分布式传感光缆和土界面力学性质试验方法和装置

说明书

本发明公开了一种基于透明土的分布式传感光缆和土界面力学性质试验方法和装置，所述带孔的拉拔模型箱内填筑两层分层压实的透明土，所述分布式传感光缆位于两层透明土之间，一端穿过小孔后接入OFDR解调仪，另一端固定在夹具上，所述刚性加压装置放置于透明土之上，智能测力计与夹具连接，步进电机与智能测力计相连，所述OFDR解调仪有端口可接入分布式传感光缆，所述数码相机置于带孔的拉拔模型箱一侧，并连续拍摄试验过程中光缆与透明土的照片。本发明不仅可以用于直接观测和定量分析拉拔过程中缆–土界面及周围土的变形，而且还能测得缆–土界面逐渐脱黏过程中沿光缆的高空间分辨率应变分布。

技术领域

本发明涉及岩土体变形的光纤监测工程技术领域，具体涉及一种基于透明土的分布式传感光缆和土界面力学性质试验方法和装置。

背景技术

分布式光纤传感技术已被越来越广泛地应用到各种结构和岩土体的监测工程中。目前监测土体应变的一种常用的方法是把分布式传感光缆以一定深度直接埋入土体，但此时光缆与被测物的耦合性是影响监测准确性的一个重要因素。如何理解光缆和周围土体的应变传递机制，以及如何增强二者之间的变形耦合性是工程中亟待解决的难题。

在分布式传感光缆与土体的变形耦合性方面，国内外已经有了较多的研究成果。但是这些试验还存在以下两点不足：(1)所采用的分布式光纤传感技术的空间分辨率较低(如米级或厘米级)，因而不能获得缆–土界面脱黏过程中沿光缆的高空间分辨率的应变分布；(2)未能直接观测拉拔过程中缆–土界面及周围土的变形情况，也未获得光缆拉拔过程中周围土体的变形场。由以上两方面可知，缆–土界面脱黏的机理仍有待研究。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种可以有效测试分布式传感光缆与土体界面力学性质的方法和装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下方法和装置：

一种基于透明土的分布式传感光缆和土界面力学性质试验装置，它包括透明土、分布式传感光缆、拉拔模型箱、刚性加压装置、夹具、测力计、步进电机、OFDR解调仪、数码相机，所述OFDR解调仪与分布式传感光缆连接，分布式传感光缆由拉拔模型箱内填筑的两层分层压实的透明土之间穿过，固定在夹具上，所述夹具与智能测力计连接，所述智能测力计与步进电机相连，所述数码相机置于拉拔模型箱一侧，并连续拍摄试验过程中光缆与透明土的照片；所述刚性加压装置放置于上层透明土之上。

所述刚性加压装置包括刚性加压板和砝码，所述刚性加压板略微小于模型箱横截面，放置于上层透明土之上，所述砝码均匀置于刚性加压板之上。

所述的OFDR解调仪是基于光频域反射技术的OFDR解调仪。

基于所述的分布式传感光缆和土界面力学性质试验装置的方法，包括如下步骤：

1)模型箱中透明土分两次压实，首先称一半所需透明土放入模型箱，并使之平整；

2)把刚性加载装置置于透明土之上，并均匀施加力，静置特定的时间间隔，取下刚性加载装置，将压实面的透明土打理粗糙；

3)将待测分布式传感光缆穿过模型箱两端的小孔，并施加微小的预应力，使之处于拉展状态，将另一半所需土体倒入模型箱，并使之平整，重复步骤2)；

4)在测试时，把刚性加载装置置于第二层透明土之上，根据实际的围压需要施加力，放置一段时间后，开动步进电机进行拉拔试验，并测定拉拔过程中沿分布式传感光缆的应变分布；将数码相机置于模型箱一侧，并连续拍摄试验过程中光缆与透明土的照片；

5)使用OFDR解调仪实时测得拉拔过程中光缆的应变分布，从而绘制沿光缆长度的应变分布曲线；采用粒子图像测速(PIV)或数字图像相关(DIC)软件对拍摄的照片进行分析，从而得到拉拔过程中缆–土界面及周围土的变形场。

有益效果