專利名稱：用于路堤斷面沉降監(jiān)測的光纖光柵測量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種路提斷面沉降量的測量方法，尤其是涉及一種測量路提橫斷面沉 降測量的光纖光柵測量方法。
背景技術：
軟土地基上修建公路、鐵路，在其上部路提荷載作用下，其下軟土地基產生較大的 壓縮變形，由于路提荷載作為條形荷載沿路提斷面下軟土地基的附加壓力分布的差異，使 路提在橫斷面產生沉降也有所差異。目前監(jiān)測路提斷面沉降一般采用在路提下埋設水平測 斜管，采用“小松鼠”進行測量，如圖1所示。俗稱的“小松鼠”是一種用于測量結構物內部 斷面各點沉降的儀器。“小松鼠”有角度傳感器和壓力傳感器之分，儀器主要由傳感器、導 輪、外殼、輸出專用電纜、測讀儀和牽引鋼絲等幾部分組成。測量過程為將測斜管沿水平方 向埋設，管內有兩組相互垂直的導向槽，其中一組導向槽要與地面成90°，將傳感器上下輪 放入此組導向槽內，由牽引鋼絲順測斜管將傳感器拉至各測點，可測出測斜管每段軸線的 角度變化或者水位壓力變化，可計算出測斜管的垂直空間位置變化，如果測斜管與結構物 變形一致，從而可知結構物沉降量。目前采用的“小松鼠”無論采用何種形式傳感器，測量結果都由于受過去測量結構 的限制，其準確性較差，且其測量工作工程量很大，測量儀器成本、測量裝置安裝成本、儀器 保護成本和測量成本很高，且可能由于路提兩端部沉降過大，使測斜管管口沉降到地面以 下，使測量無法進行。

發(fā)明內容
發(fā)明目的本發(fā)明所要解決的技術問題，在于克服現(xiàn)有路提斷面沉降測量存在的問題，提供 一種利用當前先進的分布式光纖傳感技術測量路提斷面沉降的方法，包括分布式光纖傳 感技術測量路提橫斷面沉降的測量裝置、測量方法、測量數(shù)據(jù)計算分析方法，本發(fā)明簡單易 行，成本很低，適應于任何寬度和地形條件的路提橫斷面沉降測量，且可以實現(xiàn)自動化測 量，試驗成果表明其測量精度和準確性較高。技術方案為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術方案用于路提斷面沉降監(jiān)測的光纖光柵測量方法，其特征包含以下幾個部分1)采用100X2mm的鋼塑條或其它合金條(足夠的強度和韌性以及適應大變形的 特性)，兩端設置牢固的固定座，以將鋼塑條或其它合金條固定在被測量路提斷面兩端，如 圖2所示，兩端采用帶地錨的混凝土固定底座，其結構如圖3所示；2)將鋼塑條或其它合金條進行清潔處理并布設應變傳感光纖和溫度補償傳感光 纖，應變傳感光纖和溫度補償傳感光纖平行鋪設在將與路提斷面同步變形的鋼塑條或其它 合金條上表面，并以膠結方式將傳感光纖牢固膠結于鋼塑條或其它合金條上，使之成一整體，保證傳感光纖與鋼塑條或其它合金條的變形協(xié)調一致，如圖4所示；3)傳感光纖鋪設完成后采用土工織物包裹膠結好傳感光纖的鋼塑條或其它合金 條，以保護其上布設的傳感光纖，如圖5所示；4)將膠結好傳感光纖并用土工織物包裹保護的鋼塑條或其它合金條安裝于被監(jiān) 測路提斷面上，兩端固定于被監(jiān)測路提橫斷面的兩端設置的固定座上，鋼塑條或其它合金 條同路提兩端固定座的連接固定牢靠，必須防止其固定端發(fā)生變位；5)傳感光纖光柵與連接光纜對接并接入檢測儀器，采用目前最先進的分布式光纖 傳感技術測量與路提斷面同步變形的鋼塑條或其它合金條上的應變、變形數(shù)據(jù)，分布式光 纖傳感技術可實現(xiàn)自動化測量，采用積分計算方法計算分析測量的應變數(shù)據(jù)，從而計算得 到被測路提的橫斷面沉降特性。本發(fā)明的有益效果在于1)采用現(xiàn)有的分布式光纖光柵測量技術應用到路提橫斷面沉降測量，該方法簡便 易行、成本低，其測量精度滿足工程實際測量需要；2)采用鋼塑條或其它合金條上鋪設膠接光纖光柵傳感器并以設計合理的保護和 固定結構，其強度特性和變形特性使之與被測路提斷面沉降變形協(xié)調一致，而通過分布式 光纖技術測量與之完全膠結為一整體的光纖光柵的應變即可測得鋼塑條或其它合金條的 應變，然后通過相應的積分計算即可得到路提橫斷面沿斷面各點的準確沉降，且可以采用 多組光纖或光柵進行數(shù)據(jù)對比分析，提高測量精度；3)擴展了分布式光纖光柵傳感技術測量的應用領域。


圖1是現(xiàn)有路提橫斷面沉降測量結構示意圖；圖2是本發(fā)明的鋼塑條或其它合金條沿路提斷面布置結構示意圖；圖3是本發(fā)明的鋼塑條或其它合金條端部混凝土固定底座剖面示意圖；
圖4是本發(fā)明的傳感光纖鋪設布置示意圖；圖5是本發(fā)明的傳感光纖保護結構示意圖。
具體實施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結合實施例進一步闡明本發(fā)明的內容，但本發(fā)明的 內容不僅僅局限于下面的實例。本發(fā)明所述鋼塑條或其它合金條的極限抗拉強度不小于300MPa，極限變形能力 不小于1%，以確保其足夠的強度特性和變形特性，其尺寸規(guī)格為IOOmm(寬)X2mm(厚)； 所述傳感光纖為4 6mm直徑的鎧裝傳感光纖；所述路提兩端固端混凝土底座為 500 (長)X 500 (寬)X IOOOmm (高)的C25混凝土底座，其地錨深度不小于IOm ；所述土工 織物是無紡土工布，其作用是保護傳感光纖光柵，土工織物的性能要求如下 本發(fā)明用于路提橫斷面沉降測量的光纖光柵測量方法，利用當前先進的分布式光 纖測量技術的測量精度高(測量精度最高可達ιμ O，分布式測量(最小測點分布式間距 0. 05m)，測量抗干擾能力強，測量距離長(最長可達30km)，測量速度快(Ikm分布式光纖傳 感器，測點間距為0. lm，測點數(shù)量達10000個，其測量一次最小耗時間5分鐘)，其傳感器成 本低(50m寬度路提傳感器成本為1000元，而其測點數(shù)量可達500個)等特點，實現(xiàn)對路提 橫斷面沉降的迅速準確測量，是路提橫斷面沉降測量的一種革新測量方法。以本發(fā)明在室 內開展模擬路提橫斷面沉降測量對比試驗，室內模擬試驗模擬路提寬度19. 7m，采用本發(fā)明 的分布式光纖測量系統(tǒng)，模擬路提觀測斷面的光纖傳感測量測點197個(每0. Im —個光纖 傳感測點)；同時布置5個大量程百分表對比測量模擬路提斷面的5個位置的沉降，模擬路 提斷面沉降進行三組對比測量，分別模擬路提中心位置最大沉降50mm、100mm和150mm，全 部試驗表明本發(fā)明的測值計算得到模擬路提斷面沉降與大量程百分表測值對比兩者絕對 誤差小于5mm，相對誤差均小于3%，完全能夠滿足工程實際測量需要。實施例1 如圖2、圖3、圖4和圖5所示，用于路提斷面沉降監(jiān)測的光纖光柵測量方法，它包 含以下步驟1)對IOOmmX 2mm的鋼塑條表面進行清潔處理后在其中心位置兩側布設分布式應 變傳感光纖和溫度補償測量傳感光纖，應變傳感光纖和溫度補償傳感光纖采用結構膠同鋼 塑條牢固膠結，如圖4和圖5;2)鋼塑條上傳感光纖鋪設并膠結完成后采用雙層土工布包裹鋪設傳感光纖的部 分，如圖5，其兩端部預留錨固孔位，其中一端引出連接好光纖跳線接頭以備進入分布式光 纖測量系統(tǒng)；3)完成路提兩端部混凝土固定底座施工；如圖3所示，在路提兩端部各相應澆筑 500mmX 500mmX 1000mm的混凝土底座墩，其中底座墩底部預澆筑若干根伸出的地錨鋼筋， 用于深插入地面以下，起錨固作用。底座墩頂部預澆筑3根錨固螺栓，與鋼塑條上兩端部預 留錨固孔位相連，用以固定鋼塑條。4)整平被測路提橫斷面地基基礎；5)混凝土固定底座現(xiàn)澆混凝土強度達到設計強度以后安裝鋪設好傳感光纖并完 成保護設施的鋼塑條，將其兩端預留的錨固孔位對準混凝土固定底座的錨固螺栓并緊螺帽 固定于兩端混凝土固定底座上，如圖2 ；6)鋪設于鋼塑條的應變和溫度補償傳感光纖的跳線接頭與連接光纜相連，光纜與 分布式光纖測量儀器相連，采用當前先進的分布式光纖光柵測量技術測量與路提橫斷面變 形一致的鋼塑條的應變，通過測得應變采用積分計算路提橫斷面沉降。
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實施例2 與實施例1基本相同，不同之處在于采用其它滿足強度和韌性要求的合金條代替 鋼塑條。
權利要求
用于路堤斷面沉降監(jiān)測的光纖光柵測量方法，其特征在于，包括以下步驟1)采用100×2mm的鋼塑條或其它合金條，兩端設置牢固的固定座，以將鋼塑條或其它合金條固定在被測量路堤斷面兩端，兩端采用帶地錨的混凝土固定底座；2)將鋼塑條或其它合金條進行清潔處理并布設應變傳感光纖和溫度補償傳感光纖，應變傳感光纖和溫度補償傳感光纖平行鋪設在將與路堤斷面同步變形的鋼塑條或其它合金條上表面，并以膠結方式將傳感光纖牢固膠結于鋼塑條或其它合金條上，使之成一整體，保證傳感光纖與鋼塑條或其它合金條的變形協(xié)調一致；3)傳感光纖鋪設完成后采用土工織物包裹膠結好傳感光纖的鋼塑條或其它合金條，以保護其上布設的傳感光纖；4)將膠結好傳感光纖并用土工織物包裹保護的鋼塑條或其它合金條安裝于被監(jiān)測路堤斷面上，兩端固定于被監(jiān)測路堤橫斷面的兩端設置的固定座上，鋼塑條或其它合金條同路堤兩端固定座的連接固定牢靠，必須防止其固定端發(fā)生變位；5)傳感光纖光柵與連接光纜對接并接入檢測儀器，采用分布式光纖傳感技術測量與路堤斷面同步變形的鋼塑條或其它合金條上的應變、變形數(shù)據(jù)，分布式光纖傳感技術可實現(xiàn)自動化測量，采用積分計算方法計算分析測量的應變數(shù)據(jù)，從而計算得到被測路堤的橫斷面沉降特性。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于路提斷面沉降監(jiān)測的光纖光柵測量方法，其特征在于， 鋼塑條或其它合金條的極限抗拉強度不小于300MPa，極限變形能力不小于1%。
3.根據(jù)權利要求1所述的用于路提斷面沉降監(jiān)測的光纖光柵測量方法，其特征在于， 地錨深度不小于IOm ；所述土工織物是無紡土工布。
4.根據(jù)權利要求1所述的用于路提斷面沉降監(jiān)測的光纖光柵測量方法，其特征在于， 土工織物的性能要求為縱向抗拉強度彡1. 2kN/5cm ；縱向伸長率12 25%;橫向抗拉強度彡1. 0kN/5cm ；橫向 伸長率15 30% ；圓球頂破強度彡1. OkN。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于路堤斷面沉降監(jiān)測的光纖光柵測量方法，包括以將鋼塑條或其它合金條固定在被測量路堤斷面兩端，兩端采用帶地錨的混凝土固定底座；布設應變傳感光纖和溫度補償傳感光纖于鋼塑條或其它合金條上表面，并以膠結方式將傳感光纖牢固膠結于鋼塑條或其它合金條上；采用土工織物包裹膠結好傳感光纖的鋼塑條或其它合金條；將膠結好傳感光纖并用土工織物包裹保護的鋼塑條或其它合金條安裝于被監(jiān)測路堤斷面上，兩端固定于被監(jiān)測路堤橫斷面的兩端設置的固定座上。本發(fā)明簡單易行，成本很低，適應于任何寬度和地形條件的路堤橫斷面沉降測量，且可以實現(xiàn)自動化測量，試驗成果表明其測量精度和準確性較高。
文檔編號E01C3/00GK101900533SQ201010235079
公開日2010年12月1日 申請日期2010年7月23日 優(yōu)先權日2010年7月23日
發(fā)明者丁勇, 何寧, 何斌, 汪璋淳, 王國利, 趙寶林, 錢亞俊 申請人:水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院