[发明专利]变载光纤应变岩溶塌陷过程模拟试验系统

说明书

技术领域

本发明涉及岩溶塌陷监测技术领域，具体涉及一种变载光纤应变岩溶塌陷过程模拟试验系统。

背景技术

我国岩溶分布广泛，约占国土面积的1/3,这些地区地质环境脆弱，随着人类活动的频繁，面临的岩溶地质灾害问题日益突出,特别是岩溶塌陷问题，已经成为岩溶地区面临的主要地质灾害之一。岩溶塌陷具有发生随机、形成隐蔽、时空不确定的特点，传统的监测技术方法成本高、难精确定位、监测范围有限难以满足需求,而分布式光纤传感技术可以实现对外部物理参量变化进行连续测量,同时获取其空间分布和随时间变化信息的特点,能够系统进行大范围、连续监测。近年来，分布式光纤传感技术做为国际上最具价值的监测技术手段在建筑物结构安全监测、岩土工程监测等方面有大量应用，但在地质灾害领域还处在研究阶段，在岩溶塌陷方面更是鲜有报道，仅仅在试验方面进行了探索。岩溶塌陷因其发生的隐蔽性，传统的试验研究手段难以直观地对岩溶塌陷过程进行有效研究，目前也尚未发现有能够通过改变荷载以满足模拟不同载荷条件下概化模型的岩溶塌陷过程模拟试验系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种变载光纤应变岩溶塌陷过程模拟试验系统。该试验系统可采用增加或减少异形挂钩的数量来增加载点和变荷载，可以满足模拟不同载荷条件下概化模型的岩溶塌陷试验。

本发明所述的变载光纤应变岩溶塌陷过程模拟试验系统，包括应变仪和试验装置，所述的试验装置包括支撑机构、测量机构和光纤固定机构，其中：

所述的支撑机构包括呈垂直方向设置的左支架和右支架，呈水平方向设置的上支架和下支架，所述的左支架、右支架、上支架和下支架相互连接在一起构成一个正方形或长方形；

所述的测量机构包括通过表架安装在上支架上的若干个机械百分表、与机械百分表数量相当的异形挂钩以及放置于异形挂钩上的砝码，所述异形挂钩的一端具有两个开口在水平方向上且开口相背离的“U”形槽，其中靠近于异形挂钩端头处的“U”形槽为第一“U”形槽，位于第一“U”形槽下方的为第二“U”形槽，在第一“U”形槽靠近异形挂钩端头一侧的内侧壁上开设有第三“U”形槽，所述机械百分表的测量头卡接于该第三“U”形槽中；所述异形挂钩的另一端具有可放置砝码的平台，所述的砝码放置于该平台上；

所述的光纤固定机构包括左侧光纤固定装置、右侧光纤固定装置和光纤，所述的左侧光纤固定装置和右侧光纤固定装置的结构相同，均包括移动座、滚轮、连接臂以及设置于连接臂上用于固定滚轮的紧固件，其中，所述滚轮的中心设置有轴承，其圆周面上开设有向滚轮中心凹进的光纤缠绕槽，在光纤缠绕槽的底部开设有导向槽，所述的紧固件为螺钉、螺栓或定位销；所述的移动座安装于左支架或右支架上，所述连接臂的一端通过可拆卸连接的方式安装在移动座上，其另一端则与滚轮上的轴承相连接；所述的光纤的一端缠绕于左侧光纤固定装置中的滚轮上，另一端依次穿过测量机构中的异形挂钩上的第二“U”形槽后缠绕于右侧光纤固定装置中的滚轮上；所述光纤其中的一个端头与所述的应变仪相连接。

上述试验系统的试验装置中，所述的左支架、右支架、上支架和下支架之间的连接方式可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，优选为可拆卸连接。在进行实际的测试时，左支架和右支架应分别与上支架和下支架相垂直。当它们采用可拆卸连接的方式时，为了使整个试验系统能够实现在不同跨度与不同载荷条件下模拟不同载荷条件下概化模型的岩溶塌陷试验，优选是在上支架上开设一与其自身平行的跨度调节槽，在下支架上开设若干个定位孔或一与其自身平行的定位槽，此时，所述左支架的一端和右支架的一端均分别通过可拆卸连接的方式安装于所述的跨度调节槽中，所述左支架的另一端和右支架的另一端均分别通过可拆卸连接的方式安装于所述的定位孔或定位槽中。

上述试验装置中，优选是将异形挂钩上的第二“U”形槽的靠近第一“U”形槽一侧的内侧壁设计成弧形，以使光纤能更好的卡于所述的第二“U”形槽中而不滑动或弹出。

为了进一步确保缠绕于滚轮上的光纤不从滚轮上弹出，所述的光纤固定机构优选还包括两个用以夹持固定光纤的夹具，所述的夹具通过螺栓固定于所述的移动座上。

为了使本试验装置能更稳固的置放于地面上，所述的试验装置还包括底座机构，所述的底座机构包括左侧固定底座和右侧固定底座，其中左侧固定底座与左支架的底端固接或可拆卸连接，右侧固定底座与右支架的底端固接或可拆卸连接。