本發(fā)明涉及一種地基處理工程結(jié)構(gòu)物理參量識(shí)別系統(tǒng)及方法，屬于地基處理工程安全管理與分析領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在地基處理工程中，比如，龍灘、江埡、百色、大朝山、金安橋、棉花灘等水電站大壩的地基結(jié)構(gòu)，主要受水壓荷載、溫度荷載等因素的作用產(chǎn)生各種效應(yīng)，這些效應(yīng)除了受荷載影響，也與地基處理工程體的物理力學(xué)參數(shù)有著緊密的聯(lián)系，在壩體體型簡(jiǎn)單化方面，主要是減少孔和洞、簡(jiǎn)化壩體結(jié)構(gòu)，便于施工。地基處理工程體建筑物沒(méi)有引水洞管和進(jìn)水口，簡(jiǎn)化了壩體結(jié)構(gòu)，可縮短工期提前發(fā)電，但是地基處理工程仍然存在諸多需要深入研究的方面，如關(guān)于地基處理工程溫度場(chǎng)變化規(guī)律及變溫場(chǎng)對(duì)壩體結(jié)構(gòu)性態(tài)的影響問(wèn)題越來(lái)越受重視，地基處理工程層面和本體結(jié)合部作用機(jī)理問(wèn)題較為突出，有關(guān)地基處理工程溫度場(chǎng)及其對(duì)大壩作用效應(yīng)影響的研究仍是業(yè)內(nèi)研究的一個(gè)重要的課題。

研究表明地基處理工程結(jié)構(gòu)體由于層面與本體溫度線(xiàn)膨脹系數(shù)、比熱等結(jié)構(gòu)物理參量存在差異，地基處理工程結(jié)構(gòu)體在溫度變化作用下在層面方向和垂直于層面方向產(chǎn)生應(yīng)變?cè)隽?，影響地基處理工程結(jié)構(gòu)體溫度應(yīng)力和溫度應(yīng)變。此外，因?qū)用婧捅倔w的溫度線(xiàn)膨脹系數(shù)不同，它們?cè)谪Q向和橫向的自由膨脹也就不同，本體和層面間也會(huì)產(chǎn)生接觸附加應(yīng)力。

目前，現(xiàn)有文獻(xiàn)研究通過(guò)建立薄片模型，應(yīng)用材料力學(xué)方法，推求出層面與本體由于不同線(xiàn)膨脹系數(shù)、彈性參數(shù)等引起的微觀應(yīng)力，預(yù)測(cè)了能綜合反映層面對(duì)溫度應(yīng)變影響的水平向和豎向等效線(xiàn)膨脹系數(shù)，但現(xiàn)有的研究中沒(méi)有從能量守恒的角度對(duì)結(jié)構(gòu)物理參量等效進(jìn)行分析，分析結(jié)果的合理性有待商榷。

基于上述背景，本發(fā)明專(zhuān)利突破傳統(tǒng)意義上地基處理工程結(jié)構(gòu)物理參量的獲取方法，提出了基于單元體層面性態(tài)監(jiān)測(cè)裝置的本體和層面材料差異性等對(duì)溫度應(yīng)變產(chǎn)生影響的等效溫度線(xiàn)膨脹系數(shù)、比熱等參數(shù)確定的方法，最大程度地實(shí)現(xiàn)了真實(shí)情況下監(jiān)測(cè)地基處理工程結(jié)構(gòu)體的服役性態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提出一種地基處理工程結(jié)構(gòu)物理參量識(shí)別系統(tǒng)及方法，基于單元體層面性態(tài)監(jiān)測(cè)裝置的本體和層面材料差異性等對(duì)溫度應(yīng)變產(chǎn)生影響的等效溫度線(xiàn)膨脹系數(shù)、比熱等參數(shù)確定的方法，大大提高了監(jiān)測(cè)的能力，極好地滿(mǎn)足了實(shí)際地基處理工程結(jié)構(gòu)性態(tài)診斷的需求，對(duì)當(dāng)前地基處理工程結(jié)構(gòu)性態(tài)健康監(jiān)測(cè)探究提供了重要的保障，在降低監(jiān)測(cè)成本、提高監(jiān)測(cè)精度及提升工程實(shí)用化能力等方面具有突出優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的地基處理工程結(jié)構(gòu)物理參量識(shí)別系統(tǒng)及方法，包括載纖鋼桶，所述載纖鋼桶的中心設(shè)有內(nèi)穿芯槽，在載纖鋼桶內(nèi)沿內(nèi)穿芯槽的中心圓周分布有至少三個(gè)溫感孔，溫感孔內(nèi)安裝有溫度監(jiān)測(cè)用傳感光纖，在載纖鋼桶的外表面圓周分布有至少三個(gè)固定軸，固定軸通過(guò)圓弧狀的安裝板安裝在載纖鋼桶上，固定軸的中心套有螺桿，螺桿一端設(shè)有螺帽，另一端依次安裝有突弧彎、擋圈和螺母，通過(guò)擰緊螺母從而通過(guò)擋圈和固定軸將突弧彎固定在固定軸上，所述突弧彎上設(shè)有卡纖孔，卡纖孔內(nèi)安裝有應(yīng)變監(jiān)測(cè)用傳感光纖。

作為優(yōu)選，所述突弧彎為扇形狀的板狀結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，所述溫感孔有四個(gè)，沿內(nèi)穿芯槽的中心圓周均布。

作為優(yōu)選，所述固定軸有四個(gè)，沿載纖鋼桶的中心圓周均布。

一種上述的一種地基處理工程結(jié)構(gòu)物理參量識(shí)別系統(tǒng)的識(shí)別方法，包括以下步驟：

第一步，首先確定待測(cè)地基處理工程的位置以及區(qū)域，確定需要布設(shè)的載纖鋼桶的長(zhǎng)度，進(jìn)而確定溫度監(jiān)測(cè)用傳感光纖、應(yīng)變監(jiān)測(cè)用傳感光纖的長(zhǎng)度；

第二步，松開(kāi)螺母，轉(zhuǎn)動(dòng)突弧彎，調(diào)整突弧彎到合適的角度，擰緊螺母，固定住突弧彎，在溫感孔內(nèi)配置溫度監(jiān)測(cè)用傳感光纖；

第三步，基于待監(jiān)測(cè)體中骨架的位置與尺寸，配備內(nèi)穿芯槽，待內(nèi)穿芯槽沿著各骨架結(jié)構(gòu)配置完成之后，在卡纖孔內(nèi)安裝應(yīng)變監(jiān)測(cè)用傳感光纖；

第四步，對(duì)于不同的工程需要，確定卡纖孔內(nèi)安裝的應(yīng)變監(jiān)測(cè)用傳感光纖和溫感孔內(nèi)配置的溫度監(jiān)測(cè)用傳感光纖的根數(shù)，然后根據(jù)上述1～3步驟進(jìn)行配置，然后根據(jù)布設(shè)路線(xiàn)，將上述配置好的載纖鋼桶埋設(shè)到待測(cè)水工建筑物中，對(duì)應(yīng)變監(jiān)測(cè)用傳感光纖、溫度監(jiān)測(cè)用傳感光纖進(jìn)行初次測(cè)試；

第五步，選取本體和層面為單元體；層面的彈性模量為ea，層面的泊松比為μa，層面的溫度線(xiàn)膨脹系數(shù)為αa，層面的比熱為ca，層面的密度為ρa(bǔ)，層面的體積為va，層面的等效厚度為ba；本體的彈性模量為ec，本體的泊松比為μc，本體的溫度線(xiàn)膨脹系數(shù)為αc，本體的比熱為cc，本體的密度為ρc，本體的體積為vc，本體的厚度為bc，單元體的厚度為b＝ba+bc，單元體x方向和y方向均取單位長(zhǎng)度；

第六步，對(duì)單元體進(jìn)行結(jié)構(gòu)物理參量等效分析：根據(jù)能量守恒和熱力學(xué)知識(shí)可知，可得到單元體熱力學(xué)等效參數(shù)，單元體等效溫度變化為單元體等效比熱為單元體等效溫度線(xiàn)膨脹系數(shù)為其中，δta為溫度監(jiān)測(cè)用傳感光纖監(jiān)測(cè)層面的溫度變化，δtc為溫度監(jiān)測(cè)用傳感光纖監(jiān)測(cè)本體的溫度變化；

第七步，通過(guò)溫度監(jiān)測(cè)用傳感光纖和應(yīng)變監(jiān)測(cè)用傳感光纖所獲取的數(shù)值，基于上述步驟4，可以獲得單元體等效溫度變化、單元體等效比熱、單元體等效溫度線(xiàn)膨脹系數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)物理參量獲取過(guò)程。

有益效果：本發(fā)明首創(chuàng)提出了基于單元體層面性態(tài)監(jiān)測(cè)裝置的本體和層面材料差異性等對(duì)溫度應(yīng)變產(chǎn)生影響的等效溫度線(xiàn)膨脹系數(shù)、比熱等參數(shù)確定的方法，基于單元體層面性態(tài)監(jiān)測(cè)裝置所提供的各物理參數(shù)，開(kāi)展了結(jié)構(gòu)物理參量等效分析，最大程度地反映了真實(shí)情況下地基處理工程結(jié)構(gòu)體的服役性態(tài)，為結(jié)構(gòu)體安全監(jiān)測(cè)提供了重要支撐和保障。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的工作流程圖；

圖2本發(fā)明的系統(tǒng)組成示意圖；

圖3為圖2中固定軸的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖2和圖3所示，本發(fā)明一種地基處理工程結(jié)構(gòu)物理參量識(shí)別系統(tǒng)及方法，包括載纖鋼桶6，所述載纖鋼桶6的中心設(shè)有內(nèi)穿芯槽15，在載纖鋼桶6內(nèi)沿內(nèi)穿芯槽15的中心圓周均勻分布有四個(gè)溫感孔，分別為第一溫感孔7、第二溫感孔8、第三溫感孔9和第四溫感孔10，在第一溫感孔7、第二溫感孔8、第三溫感孔9和第四溫感孔10內(nèi)分別安裝有第一溫度監(jiān)測(cè)用傳感光纖、第二溫度監(jiān)測(cè)用傳感光纖、第三溫度監(jiān)測(cè)用傳感光纖和第四溫度監(jiān)測(cè)用傳感光纖，在載纖鋼桶6的外表面圓周分布有四個(gè)固定軸5，每個(gè)固定軸5通過(guò)圓弧狀的安裝板23安裝在載纖鋼桶6上，安裝板23通過(guò)螺釘安裝在載纖鋼桶6上，固定軸5的中心套有螺桿4，螺桿4一端設(shè)有螺帽，另一端依次安裝有突弧彎1、擋圈22和螺母21，通過(guò)擰緊螺母21從而通過(guò)擋圈22和固定軸5將突弧彎1固定在固定軸5上，所述突弧彎1上設(shè)有卡纖孔，卡纖孔包含第一卡纖孔3、第二卡纖孔11、第三卡纖孔12和第四卡纖孔13，第一卡纖孔3、第二卡纖孔11、第三卡纖孔12和第四卡纖孔13內(nèi)分別安裝有第一應(yīng)變監(jiān)測(cè)用傳感光纖、第二應(yīng)變監(jiān)測(cè)用傳感光纖、第三應(yīng)變監(jiān)測(cè)用傳感光纖和第四應(yīng)變監(jiān)測(cè)用傳感光纖。

本發(fā)明中，配備直徑為10cm的內(nèi)穿芯槽15，待直徑為10cm的內(nèi)穿芯槽15沿著各骨架結(jié)構(gòu)配置完成之后，直徑為0.5cm第一卡纖孔3、直徑為0.5cm第二卡纖孔11、直徑為0.5cm第三卡纖孔12和直徑為0.5cm第四卡纖孔13內(nèi)配置有g(shù)jjv型號(hào)緊套傳感光纖，直徑為0.5cm的第一溫感孔7、直徑為0.5cm的第二溫感孔8、直徑為0.5cm的第三溫感孔9、直徑為0.5cm的第四溫感孔10內(nèi)配置有g(shù)jjv型號(hào)緊套傳感光纖，且直徑為0.5cm的第一卡纖孔3、直徑為0.5cm的第二卡纖孔11、直徑為0.5cm的第三卡纖孔12和直徑為0.5cm的第四卡纖孔13為處于0°、90°、180°、270°方向上的結(jié)構(gòu)體，可提供0°、90°、180°、270°方向上的應(yīng)變監(jiān)測(cè)信息。

本發(fā)明中，直徑為0.5cm的第一溫感孔7、直徑為0.5cm的第二溫感孔8、直徑為0.5cm的第三溫感孔9、直徑為0.5cm的第四溫感孔10為處于0°、90°、180°、270°方向上的測(cè)孔，完成單元體層面性態(tài)監(jiān)測(cè)裝置的布設(shè)與安裝。

如圖1所示，一種地基處理工程結(jié)構(gòu)物理參量識(shí)別系統(tǒng)及識(shí)別方法的參數(shù)獲取方法，包括以下步驟：

第一步，松開(kāi)螺母21，轉(zhuǎn)動(dòng)突弧彎1，調(diào)整突弧彎1到合適的角度，擰緊螺母21，固定住突弧彎1，在溫感孔內(nèi)配置溫度監(jiān)測(cè)用傳感光纖；

第二步，基于待監(jiān)測(cè)體中骨架的位置與尺寸，配備內(nèi)穿芯槽15，待內(nèi)穿芯槽15沿著各骨架結(jié)構(gòu)配置完成之后，在卡纖孔內(nèi)安裝應(yīng)變監(jiān)測(cè)用傳感光纖，完成單元體層面性態(tài)監(jiān)測(cè)裝置的布設(shè)與安裝

第三步，基于單元體層面性態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，得到某地基處理工程性能參數(shù)為：本體的溫度線(xiàn)膨脹系數(shù)αc＝9.8×10^-6/℃，本體的彈性模量ec＝2.8×10⁴mpa，本體的密度ρc＝2.4×10³kg/m³，本體的比熱容cc＝0.75kj/kg℃；層面的溫度線(xiàn)膨脹系數(shù)αa＝8.2×10^-6/℃，層面的彈性模量ea＝2.2×10⁴mpa，層面的密度ρa(bǔ)＝1.9×10³kg/m³，層面的比熱容ca＝1.8kj/kg℃；地基處理層厚度b＝30cm，層面厚度ba＝2cm；假設(shè)溫度監(jiān)測(cè)用傳感光纖監(jiān)測(cè)的溫度產(chǎn)生5℃溫升，即地基處理本體和層面均產(chǎn)生5℃溫升，僅在變溫作用下對(duì)地基處理工程綜合溫度線(xiàn)膨脹系數(shù)等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并考察層面和本體間附加應(yīng)力，由本發(fā)明所提出的方法可得：

地基處理單元體綜合比熱

豎向等效溫度線(xiàn)膨脹系數(shù)

橫向等效溫度線(xiàn)膨脹系數(shù)

進(jìn)而，最終完成了獲取某地基處理工程結(jié)構(gòu)物理參量的工作。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。