基于光纤光栅技术的边坡测斜装置的改装与应用-论文.pdf

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1、第41卷第8期山西建筑Vol_41No．82015年3月SHANXIARCHITECTUREMar．2015·69··岩土工程·地基基础文章编号：1009—6825(2015)08-0069—03基于光纤光栅技术的边坡测斜装置的改装与应用冯小雨王培伦郭威(长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长沙410076)摘要：将光纤布拉格光栅传感技术应用于边坡监测中，通过对现有传感器和测斜装置的改装，设计了一种新的边坡测斜装置，并将该项成果用于龙永高速公路某边坡的现场稳定性监测中，简述了光纤布拉格光栅传感技术

2、现场应用时的元件安装、数据采集及分析等工作，证实了该改装方案的可行性。关键词：光纤光栅，边坡监测，数据采集，改装设计中图分类号：TU413．62文献标识码：AO引言回填孔隙至孔口，多出地面部分测斜管用水泥砂浆涂抹于四周，以增加稳定性(如图2所示)。由于边坡工程大多处于荒山野外，公路在建设施工中，由于地质不良、高山峡谷、人为因素等原因，高边坡稳定性问题非常显FBG7著，因此对边坡进行长期有效的监测是十分有必要的J。近年FBG6来光纤传感技术被引入边坡工程监测中，使得边坡工程监测实现FBG5集成化、

3、自动化和远程控制已成为一种可能。但由于边坡所处复FBG4薹杂的地形地貌、坡体变形及施工作业的干扰，很大程度上制约着FBG3FBG2光纤传感技术的推广应用，也对光纤传感器的选用、安装和数据FBGl采集提出更高要求，对工程监测人员的专业性提出更高要求[3-53。图114m深部测斜仪传感器阵列圈1光纤传感技术1．1光纤布拉格光栅传感原理光纤光栅是一种特殊的光纤，其纤芯折射率具有周期性变化特点。入射光波长A=2hA被光纤光栅反射，形成反射波。反射波中心波长A与光栅周期以、纤芯有效折射率11,有关。当外界

4、被变照一测因素如温度、应力发生改变时，都会引起反射波中心波长的变厂一化。其相互间关系为：A~图2边坡内部深层应变传感器示意图／i．B—_=(Ot，+)△+(1一P)△s(1)AB1．3数据采集光纤光栅应变计可通过达卡公司提供的LC—FBG—DSIO0型号其中，=1为光纤的热膨胀系数；=i1器为光纤材料的光纤光栅分析仪进行数据的读取及采集，LC-FBG—DS100设备的热光系数；P=一—为光纤材料的弹光系数。提供了FC／APC光学接口，只要将与应变计相连的光缆的光学接U头接入光纤光栅分析仪，即可读

5、出所需数据，并可对数据进行存传感器的波长指的是光纤光栅反射谱中的尖峰中心波长，其储。利用LC．FBG—DS100型号的光纤光栅分析仪进行读数时，要峰值随应变、温度变化而改变。传感器中心波长通过光纤光栅传采集一个初始数据，以便进行后期数据采集参照。进行初始数据感分析仪来进行解调转换为数字信号。采集时，要使光纤光栅原位测斜仪处于空载状态即应变计不受力1．2原位测斜仪改装设计状态，这样，初始读数与零压力相对应，否则初始读数会与未知的光纤光栅原位测斜仪采用高强度PVC测斜管，测斜管内置光压力水平相一致。

6、因此在测斜仪未埋入孔结构时进行初始数据纤布拉格光栅应变传感器和温度补偿传感器，测斜管内侧相对方采集。向(互成180。角)有两条凹槽，将应变传感器和温度补偿传感器用2边坡光纤监测工程实例AB胶密封于凹槽内，以此较准确反映PVC管由于土体滑移产生受力的状况。测斜管内径及外径分别为58mm，70mm，每根管长2．1工程概况2m，采用专用的连接器将测斜管进行两两对接。应变传感器粘龙永高速(湘西自治州龙山县至永顺县)是湖南省“七纵九贴于测斜管凹槽之前要进行两两串接，再将串接后的应变传感器横”高速公路路网规

7、划的重要组成部分，路线全长91．21km。此封装于对接的测斜管中。保证测斜管凹槽内应变传感器间距为监测边坡位于14标合同段永龙界隧道口边，桩号K56+910，坡长2m，并且测斜管底部连接回线(如图1所示)。113In，坡高27m，坡角为47。，分为两级开挖，属重点监测边坡。现场安装时，要对边坡每级台阶沿竖直方向钻若干孔径为根据地质勘探评价表可知，该路堑山体表层由强风化泥质页岩、120mm的孔，将改装后的光纤光栅测斜仪放置在孔中央，用细砂碎石、粉质粘土组成，下层为弱风化层软岩。由于此边坡位于永收稿

8、日期：2015-01—05作者简介：冯小雨(1988．)，男，在读硕士：王培伦(1990-)，男，在读硕士；郭威(1989·)，男，在读硕士·第204l1卷5年第83期月山西建筑70·龙界隧道口，一旦失稳垮塌，将严重影响交通安全。因此，业主方到34mm，但仍远小于工程经验阈值5mm／d，在深度3m～8m范已委托承建方对此边坡进行了加固处理，具体加固方案为：一级围内水平位移曲线变化明显，依据监测工程经验可知破坏通常发坡采用锚杆注浆，表面喷射混凝土刷坡防护，二级坡采用方格骨生在这一区域。架植草防护。