[发明专利]一种适用于大变形监测的螺旋式光纤及其应用方法

权利要求书

1.一种适用于大变形监测的螺旋式光纤，包括内橡胶管(1)、铠装光纤(2)和外橡胶管(3)，其特征在于，所述铠装光纤(2)以缠绕的方式套设于内橡胶管(1)的外端，所述外橡胶管(3)套设于被铠装光纤(2)缠绕的内橡胶管(1)上，所述内橡胶管(1)、外橡胶管(3)长度与围岩(5)监测长度相等设置，所述铠装光纤(2)的一端延伸出内橡胶管(1)和外橡胶管(3)之间。

2.根据权利要求1所述的一种适用于大变形监测的螺旋式光纤，其特征在于，所述内橡胶管(1)和外橡胶管(3)均为空心管，且内橡胶管(1)和外橡胶管(3)均为弹性材料。

3.根据权利要求1所述的一种适用于大变形监测的螺旋式光纤，其特征在于，所述铠装光纤(2)固定设于内橡胶管(1)的外端。

4.根据权利要求1所述的一种适用于大变形监测的螺旋式光纤，其特征在于，所述外橡胶管(3)固定套设于被铠装光纤(2)缠绕的内橡胶管(1)的外端。

5.一种适用于大变形监测的螺旋式光纤的应用方法，其特征在于，包括如下步骤：

a，将铠装光纤(2)缠绕于内橡胶管(1)上；

b，将外橡胶管(3)套在被铠装光纤(2)缠绕的内橡胶管(1)上；

c，将组装或通过生产装置生产的缠绕式光纤送入预钻取的钻孔(4)内，并在钻孔(4)内进行注浆，且在浆水冷却后将缠绕式光纤固定于岩层(5)处，当被监测岩层发生岩层位移时，由于拉伸作用缠绕在内橡胶管(1)上呈螺旋状的铠装光纤(2)被展开从而不会产生断裂；

d，在计算机中构建围岩深部位移形变点及围岩深部位移形变量解析式，获得围岩深部位移形变点及围岩深部位移形变量：

围岩深部位移形变点h计算解析式为：

公式(A)中，h为围岩深部位移形变点；N为螺旋周期个数；d为单个螺旋周期螺距；L为铠装光纤应变突变点长度；S为单个螺旋周期内铠装光纤长度；L总为铠装光纤总长度；h总为缠绕式光纤总长度；r为内橡胶管半径；

围岩深部位移形变量Δh计算解析式为：

公式(B)中，Δh为围岩深部位移形变量；n为围岩深部位移形变点总个数；d为单个螺旋周期螺距；K为光纤解调仪精度；r为内橡胶管半径；ε为围岩深部位移形变点的应变量。

6.根据权利要求5所述的一种适用于大变形监测的螺旋式光纤的应用方法，其特征在于，生产装置包括支撑架(6)，所述支撑架(6)上安装有单线生产组件(9)，所述单线生产组件(9)等距设置有多个，且单线生产组件(9)的顶面适配有内管物料滚筒(7)，且单线生产组件(9)的侧面设有光纤物料滚筒(8)，且内管物料滚筒(7)和光纤物料滚筒(8)均转动安装于支撑架(6)上。

7.根据权利要求6所述的一种适用于大变形监测的螺旋式光纤的应用方法，其特征在于，所述单线生产组件(9)包括外管体(901)，所述外管体(901)的外端与支撑架(6)固定连接，且外管体(901)的顶部贯通连接有进液口(902)，所述外管体(901)的底部中心处贯通设有出料管(903)，所述出料管(903)的外端套设有冷却器(904)，且出料管(903)的顶端与外管体(901)的底部固定连接，所述外管体(901)的顶端固定设有限位环套(905)，所述限位环套(905)的外端内转动卡设有转盘(906)，所述转盘(906)的顶面固定设有V形缠绕嘴(907)，所述转盘(906)的底端固定连接有连接杆(908)，所述连接杆(908)远离转盘(906)的一端固定连接有转动轮(909)，所述转动轮(909)的内端与外管体(901)转动连接，且转动轮(909)的端部为锥齿环部(910)，所述锥齿环部(910)的齿牙啮合连接有锥齿轮(911)，所述锥齿轮(911)传动连接有缠绕电机(912)，所述缠绕电机(912)的输出轴与锥齿轮(911)固定套接，且缠绕电机(912)固定设于外管体(901)的顶部。