一种单点温补多功能智能锚杆的利记博彩app
【专利摘要】本发明公开了一种单点温补多功能智能锚杆的利记博彩app，利用安装在智能锚杆上的光纤光栅传感器测量智能锚杆在不同深度的应变值，从而推算锚杆在不同深度的轴力，从而对锚杆的承载能力以及其锚固力作出判断和评价，同时也能对围岩在荷载等的作用下内部产生变形和位移变化作出一定的判断；本发明的带温补长标距光纤光栅传感器制作工艺简单，造价相比较为低廉。本发明主要通过常用的实心锚杆和由多个长标距光纤光栅传感单元和温补传感单元组成的一体化无熔接长标距多光栅传感器组成，制作简单，布设方便，有广阔的应用前景和良好的经济效益。
【专利说明】
一种单点温补多功能智能锚杆的利记博彩app
技术领域
[0001]本发明涉及一种隧道、岩土和边坡工程的锚杆轴力监测系统，具体涉及一种基于长标距光纤光栅的单点温补智能锚杆的利记博彩app。
【背景技术】
[0002]锚杆支护是在边坡、岩土深基坑等地表工程及隧道、采矿等地下硐室施工中采用的一种加固支护方式。锚杆支护是通过围岩内部的锚杆改变围岩本身的力学状态，在开挖面周围形成一个整体而又稳定的岩石带，利用锚杆与围岩共同作用，达到维护围岩或巷道等稳定的目的。它是一种积极防御的支护方法，是围岩、矿山等支护的重大变革。锚杆不但支护效果好，且用料省、施工简单、有利于机械化操作、施工速度快。因此锚杆已在很多土木、岩土、隧道、采矿等工程中被大量的使用，如基于新奥法的隧道开挖，锚杆使用量动辄几万根，另外如三峡水利工程，亦用了有十几万根各式锚杆。
[0003]随着锚杆支护的广泛使用，对于锚杆在围岩中的受力、承载能力、以及可能的损伤等情况进行实时或定期监测，从而对于围岩的支护情况、稳定情况等作出判断显得尤为重要，且已经成为相关领域的重要课题。目前国内外对于锚杆在围岩支护中的受力、承载、及损伤情况的测试方法基本可归纳为两大类，其中一类是使用测力锚杆、锚杆拉拔计、应变计及应变片通过锚杆“拉拔试验”来测试锚杆在拉拔作用下的受力情况和损伤情况;另一类则采用比较间接的方式，利用电磁波、声波等在不同介质层的反射差异来检测砂浆锚固体的饱和程度，间接评价锚固的受力及损伤情况。但这些方法从总体上看，存在着受环境影响大，耐久性差，长期稳定性差，测试误差大等缺点，对于像岩土、隧道、采矿等环境比较恶劣、施工方式粗放，但测试精度要求高的实际工程应用，其适用性尤显单薄。
[0004]近年来发展起来的光纤传感技术具有耐久性好，性能稳定、抗电磁干扰、便于分布式测量等优点，也对锚杆轴力检测、损伤识别等提出了新的思路。目前已有相关学者基于B0TDR、B0TDA等技术对锚杆支护进行了检测和监测，但是由于目前解调技术的瓶颈限制，其测试精度严重不足;而FBG光栅由于精度高，应变测量能达到Ιμε，而且封装后能防水，耐腐蚀，长期性能比较好，不仅能传感，而且也能用于传输数据，利于组网和实时监测，目前已经被广泛应用于结构的健康监测中。大连理工大学等也将光栅测试技术在锚杆监测方面作了很多有益的工作，但是都是基于点式应变测试，只能得到非常局部的应变情况，但很难准确地描述尺度比较大的锚杆全长的受力和变形状况，不能对锚杆的损伤给出有效的判断。总的来说，目前的测试方法存在以下几个问题，1.单纯而简单得应用光纤和光栅技术，往往由于不仅其传感部分，而且其引线都容易损坏，不能适应这些实际工程粗放式的施工环境;2.锚杆结构尺度大，损伤分布范围广，传统的点式传感很难准确得捕捉到损伤;3.传统的监测往往都忽视锚杆不同深度的应力应变变化，而实际围岩由于围岩在荷载作用之下产生形变，或者是机械开挖和爆破的原因，往往在靠近开挖面的岩层会出现一些碎裂，在围岩受力作用下，其内部将出现内力重分布，因此在锚杆不同深度的位置上，其应力应变很可能是不同的；4.目前的光纤分布式测试技术由于技术上的瓶颈问题，精度太低，实用性小；5.传统的光栅测试，都是基于光栅与光栅间引线的熔接串联来实现的，但是光纤的熔接更易造成损坏断裂，且大大地增加其光损，从而影响其测试性能;6.传统的基于点式测试方式，只能获得该点的应变，无法获得锚杆的位移。7.在基于智能锚杆进行测试时，其温度补偿极其重要，点对点的多点温补虽然精确，但实现比较复杂，需要同时有两个并列放置的传感器，导致锚杆结构极其制作都比较繁杂;而对于很多工程结构运营期的监测，其温度场比较均一的条件下，使用单点温补将能使得智能锚杆结构简化，操作便利性大大增加。
[0005]为了提高结构应变测试的真实性、可靠性以及噪声鲁棒性，东南大学已开发出了长标距光纤光栅应变传感器，并成功运用于结构的健康监测中。基于光纤光栅的各类传感器的开发正在大力推进中，但基于光纤光栅对于锚杆及围岩监测的研究目前还很少。目前基于光纤光栅的锚杆测试都是基于点式应变测试的方法，对于利用带单点温补的长标距光纤光栅智能销杆在国内外检索尚无相关专利和文献。
【发明内容】
[0000]本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种具有尚精确度、尚耐久性、结构简单、造价低廉的基于长标距光纤光栅智能锚杆的利记博彩app。
[0007]本发明采用的技术方案为:一种单点温补多功能智能锚杆，包括带温补的无熔接长标距多光栅传感器、环氧树脂或植筋胶、铠装光缆和软塑料套管；
[0008]所述带温补的无熔接长标距多光栅传感器安装在锚杆沿纵向所开的小槽内，并通过环氧树脂或植筋胶封装；
[0009]所述带温补的无熔接长标距多光栅传感器包括依次非熔接串联的多个长标距光纤光栅传感单元和一个温度补偿传感单元;多个长标距光纤光栅传感单元的一端为光纤引出端，另一端连接温度补偿传感单元;多个长标距光纤光栅传感单元和一个温度补偿传感单元包括套管、封装在套管内的光纤和刻写在光纤上的光栅，长标距光纤光栅传感单元的光纤两端分别固定在套管的锚固点，而温补补偿传感单元的光纤则一端与长标距光纤光栅传感单元自身相连，在锚固点与套管相固结，而另一端自由；
[0010]所述带温补的无熔接长标距多光栅传感器与铠装光缆连接，并从锚杆内引出，所述铠装光缆穿于软塑料套管之中。
[0011]上述一种多功能智能锚杆的利记博彩app，包括以下几个步骤:
[0012](I)制作带温补的无熔接长标距多光栅传感器
[0013](al)在一根单模光纤上根据实际工程需求设计并刻写多个一定间距且不同波长的光栅；
[0014](a2)选用一个细的耐高温光滑套管，内口径比光纤略粗，根据工程测试要求设计出每个光栅的锚固点位置，并在套管上根据锚固位置切出多个缺口；
[0015](a3)将套管在温补端的端头封闭，同时将刻好的含有多个光栅的光纤在温补单元一端剪短，然后插入套管内，调整光栅与套管缺口的位置，使其中的光栅的位置处于设计好的某个位置附近，且剪短光纤侧的光纤缩在套管内部且距离套管的封闭端头有一定距离；
[0016](a4)先将离套管封闭端头最近的一个缺口注入固结胶水形成锚固，这样使得温补段的光纤一端缩在套管内呈悬空状态，而另一端与套管锚固，此段内的光纤松弛且可以自由伸缩变形；
[0017](a5)当光纤在温补单元处已经完全固结锚固，通过牵引装置在光纤尾纤处张拉，对光纤施加一定的预应力，同时在其余套管缺口处注入固结胶水形成锚固，固结后将牵引装置放开，从而制作出含多个连续的长标距光纤光栅传感单元，对于每个长标距光纤光栅传感单元来说，套管内的光纤的两端分别通过固结胶与套管相固定，其余部分的光纤与套管内壁无接触，或在后期随锚杆变形后虽有少许接触但摩擦力极小可忽略不计。
[0018](a6)在带温补的无熔接长标距多光栅传感器外面(包括一定长度的尾纤)进一步包裹一层纤维复合材料合股层，并浸润环氧树脂，实现核心传感器的封装；
[0019](2)制作一体化多功能智能锚杆
[0020](bl)选用实体锚杆，并沿纵向开一个小槽;准备一根铠装光缆，并穿于一根软塑料套管之中，铠装光缆比软塑料套管长，两头露出；
[0021](b2)将制作好的带温补无熔接长标距多光栅传感器固定于锚杆所开的小槽内，并用铠装光缆连接，从锚杆内引出；无熔接长标距多光栅传感器与铠装光缆进行熔焊的熔焊接头位于锚杆小槽内，且铠装光缆在小槽内保留具有能起到锚固作用的长度；
[0022](b3)在锚杆小槽内注入环氧树脂或植筋胶至填平，将带温补的无熔接长标距多光栅传感器与锚杆封装为一体，形成最终的一体化多功能智能锚杆。
[0023]本发明的有益效果:
[0024](I)本发明的智能锚杆原理简单可靠，利记博彩app新颖巧妙。本发明主要是利用安装在智能锚杆上的光纤光栅传感器测量智能锚杆在不同深度的应变值，从而推算锚杆在不同深度的轴力，从而对锚杆的承载能力以及其锚固力作出判断和评价，同时也能对围岩在荷载等的作用下内部产生变形和位移变化作出一定的判断；
[0025](2)本发明的长标距光纤光栅传感器制作工艺简单，造价相比较为低廉。本发明主要通过常用的实心锚杆和由多个长标距光纤光栅传感单元和一个温度单元组成的无熔接长标距多光栅传感器组成，制作简单，布设方便，有广阔的应用前景和良好的经济效益；
[0026](3)本发明的无熔接长标距多光栅传感器含有多个串联的长标距光纤光栅传感单元，因此不仅能测量不同深度的销杆的应变和轴力情况，还能测量销杆轴向的变形量，获取围岩等的沉降或滑移的位移
[0027](4)本发明的无熔接长标距多光栅传感器，由刻写在一根光纤上的多个裸光栅封装而成，因此各个传感单元相互之间自然连接，无需熔接，避免了光纤熔接处光损大，容易断的缺点；
[0028](5)由于本发明的无熔接长标距多光栅传感器本身采用了复合材料和环氧树脂封装，其耐水防锈、耐腐蚀等性能优越，且不怕电磁屏蔽和干扰，与锚杆一体化封装以后更是坚固耐用，能适用于环境侵蚀，具有很好的耐久性和广泛的适用性；
【附图说明】
[0029]图1为本发明的多功能智能锚杆构造示意图；
[0030]图2为图1的纵向剖视图；
[0031]图3为图1的横向剖视图；
[0032]图4为本发明的带温补的无熔接长标距多光栅传感器构造示意图；
[0033]图5为本发明的多功能智能锚杆变形量计算示意图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
[0035]如图1-4所示，一种单点温补多功能智能锚杆，包括带温补的无熔接长标距多光栅传感器7、环氧树脂或植筋胶3、铠装光缆4和软塑料套管5;
[0036]所述带温补的无熔接长标距多光栅传感器7安装在锚杆6沿纵向所开的小槽内，并通过环氧树脂或植筋胶3封装；
[0037]所述带温补的无熔接长标距多光栅传感器7包括依次非熔接串联的多个长标距光纤光栅传感单元I和一个温度补偿传感单元2;多个长标距光纤光栅传感单元I的一端为光纤引出端，另一端连接温度补偿传感单元2;多个长标距光纤光栅传感单元I和一个温度补偿传感单元2包括套管、封装在套管内的光纤和刻写在光纤上的光栅，长标距光纤光栅传感单元I的光纤两端分别固定在套管的锚固点，而温补补偿传感单元2的光纤则一端与长标距光纤光栅传感单元自身相连，在锚固点与套管相固结，而另一端自由；
[0038]所述带温补的无熔接长标距多光栅传感器7与铠装光缆4连接，并从锚杆6内引出，所述铠装光缆4穿于软塑料套管5之中。
[0039 ]上述一种多功能智能锚杆的利记博彩app，包括以下几个步骤:
[0040](I)制作带温补的无熔接长标距多光栅传感器
[0041](al)在一根单模光纤上根据实际工程需求设计并刻写多个一定间距且不同波长的光栅；
[0042](a2)选用一个细的耐高温光滑套管，内口径比光纤略粗，根据工程测试要求设计出每个光栅的锚固点位置，并在套管上根据锚固位置切出多个缺口；
[0043](a3)将套管在温补端的端头封闭，同时将刻好的含有多个光栅的光纤在温补单元一端剪短，然后插入套管内，调整光栅与套管缺口的位置，使其中的光栅的位置处于设计好的某个位置附近，且剪短光纤侧的光纤缩在套管内部且距离套管的封闭端头有一定距离；
[0044](a4)先将离套管封闭端头最近的一个缺口注入固结胶水形成锚固，这样使得温补段的光纤一端缩在套管内呈悬空状态，而另一端与套管锚固，此段内的光纤松弛且可以自由变形；
[0045](a5)当光纤在温补单元处已经完全固结锚固，通过牵引装置在光纤尾纤处张拉，对光纤施加一定的预应力，同时在其余套管缺口处注入固结胶水形成锚固，固结后将牵引装置放开，从而制作出含多个连续的长标距光纤光栅传感单元，对于每个长标距光纤光栅传感单元来说，套管内的光纤的两端分别通过固结胶与套管相固定，其余部分的光纤与套管内壁无接触，或在后期随锚杆变形后虽有少许接触但摩擦力极小可忽略不计。
[0046](a6)在带温补的无熔接长标距多光栅传感器外面(包括一定长度的尾纤)进一步包裹一层纤维复合材料合股层，并浸润环氧树脂，实现核心传感器的封装；
[0047](2)制作一体化多功能智能锚杆
[0048](bl)选用实体锚杆，并沿纵向开一个小槽;准备一根铠装光缆，并穿于一根软塑料套管之中，铠装光缆比软塑料套管长，两头露出；
[0049](b2)将制作好的带温补无熔接长标距多光栅传感器固定于锚杆所开的小槽内，并用铠装光缆连接，从锚杆内引出；无熔接长标距多光栅传感器与铠装光缆进行熔焊的熔焊接头位于锚杆小槽内，且铠装光缆在小槽内保留具有能起到锚固作用的长度；
[0050](b3)在锚杆小槽内注入环氧树脂或植筋胶至填平，将带温补无熔接长标距多光栅传感器与锚杆封装为一体，形成最终的一体化多功能智能锚杆。
[0051]本发明的基于长标距光纤光栅的单点温补多功能智能锚杆的工作原理如下:是将含有多个传感单元的长标距光纤光栅传感器安装并封装于锚杆之内，因此锚杆因受力而引起的应变将被长标距光纤光栅传感器的所有传感单元捕捉，由于有多个传感单元，因此能捕捉到锚杆不同位置的应变，继而推算出锚杆在不同位置的应力以及承载情况。同时，可根据锚杆长度方向的长标距应变分布，在可不计其弯曲影响时，可以获得其沿轴向方向的位移。变形量的计算可如下进行:先求出经过温度补偿后的每个长标距传感单元标距内的应变值，然后乘以其标距长度得到该长标距传感单元的变形量，然后累计整个锚杆上的变形量。如图5所示，通过测出标距L1、L2和L3之间的平均应变ε1、ε2和ε3，则可根据公式Δ = εI.Ll+e2.L2+e3.L3求出锚杆两端的总位移量Δ。对于围岩来讲，特别是对于新奥法隧道开挖等用爆破等手段开挖的时候，会使得岩层出现一定程度的破碎，因此加入锚杆进行支护后，在不同深度的应力应变也将不同，因此本发明的智能锚杆能比较准确得反映出由于岩层内部内力重分布而引起的应力不均情况，从而能准确得反映锚杆真实的受力及承载支护情况。多个智能锚杆布置在围岩的不同位置，可以用来监测该区域的锚杆承载情况，以及围岩支护和稳定情况，这对围岩监测非常重要。
[0052]应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
【主权项】
1.一种单点温补多功能智能锚杆的利记博彩app，其特征在于:该多功能智能锚杆包括带温补的无熔接长标距多光栅传感器、环氧树脂或植筋胶、铠装光缆和软塑料套管； 所述带温补的无熔接长标距多光栅传感器安装在锚杆沿纵向所开的小槽内，并通过环氧树脂或植筋胶封装； 所述带温补的无熔接长标距多光栅传感器包括依次非熔接串联的多个长标距光纤光栅传感单元和一个温度补偿传感单元；多个长标距光纤光栅传感单元的一端为光纤引出端，另一端连接温度补偿传感单元;多个长标距光纤光栅传感单元和一个温度补偿传感单元包括套管、封装在套管内的光纤和刻写在光纤上的光栅，长标距光纤光栅传感单元的光纤两端分别固定在套管的锚固点，而温补补偿传感单元的光纤则一端与长标距光纤光栅传感单元自身相连，在锚固点与套管相固结，而另一端自由； 所述带温补的无熔接长标距多光栅传感器与铠装光缆连接，并从锚杆内引出，所述铠装光缆穿于软塑料套管之中； 上述一种多功能智能锚杆的利记博彩app，包括以下几个步骤: (1)制作带温补的无熔接长标距多光栅传感器 (al)在一根单模光纤上根据实际工程需求设计并刻写多个一定间距且不同波长的光栅； (a2)选用一个细的耐高温光滑套管，内口径比光纤略粗，根据工程测试要求设计出每个光栅的锚固点位置，并在套管上根据锚固位置切出多个缺口； (a3)将套管在温补端的端头封闭，同时将刻好的含有多个光栅的光纤在温补单元一端剪短，然后插入套管内，调整光栅与套管缺口的位置，使其中的光栅的位置处于设计好的某个位置附近，且剪短光纤侧的光纤缩在套管内部且距离套管的封闭端头有一定距离； (a4)先将离套管封闭端头最近的一个缺口注入固结胶水形成锚固，这样使得温补段的光纤一端缩在套管内呈悬空状态，而另一端与套管锚固，此段内的光纤松弛且可以自由变形； (a5)当光纤在温补单元处已经完全固结锚固，通过牵引装置在光纤尾纤处张拉，对光纤施加一定的预应力，同时在其余套管缺口处注入固结胶水形成锚固，固结后将牵引装置放开，从而制作出含多个连续的长标距光纤光栅传感单元，对于每个长标距光纤光栅传感单元来说，套管内的光纤的两端分别通过固结胶与套管相固定，其余部分的光纤与套管内壁无接触，或在后期随锚杆变形后虽有少许接触但摩擦力极小可忽略不计； (a6)在带温补的无熔接长标距多光栅传感器外面进一步包裹一层纤维复合材料合股层，并浸润环氧树脂，实现核心传感器的封装； (2)制作一体化多功能智能锚杆 (bl)选用实体锚杆，并沿纵向开一个小槽;准备一根铠装光缆，并穿于一根软塑料套管之中，铠装光缆比软塑料套管长，两头露出； (b2)将制作好的带温补无熔接长标距多光栅传感器固定于锚杆所开的小槽内，并用铠装光缆连接，从锚杆内引出；无熔接长标距多光栅传感器与铠装光缆进行熔焊的熔焊接头位于锚杆小槽内，且铠装光缆在小槽内保留具有能起到锚固作用的长度； (b3)在锚杆小槽内注入环氧树脂或植筋胶至填平，将带温补无熔接长标距多光栅传感器与锚杆封装为一体，形成最终的一体化多功能智能锚杆。
【文档编号】E21D21/00GK105973286SQ201610561190
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月15日
【发明人】赵学亮, 万春风, 夏呈
【申请人】东南大学