[发明专利]一种基于DTS检测灌注桩完整性的检测系统设计方法

权利要求书

1.一种基于DTS检测灌注桩完整性的检测系统设计方法，包括以下主要步骤：

①将线状光纤植入桩截面半径为R桩体内沿中心线布置，以植入光纤为内热源，热传导 的影响半径为r₀，T_s为岩土介质温度，初始条件下桩体及外表面温度与岩土介质温度相等， 光纤均匀容积生成热为q为单位长度的功率；

②当桩体内光纤加热处于稳态时，以光纤为中心柱坐标下热流方程式为：

1rddr(rdTdr)+Qk=0---(1)]]>

其中k为导热系数，T为以加热光纤为中心在临界半径r₀范围内的桩体温度；

对上述公式(1)进行积分得到桩体温度分布为：

T(r)=-Q4kr2+C1lnr+C2---(2)]]>

③对于大直径的灌注桩，通过对内置光纤进行加热，引起的热传导形成一个热传导辐射 区，存在一个临界半径r₀，超过这个半径以外的区域，不受加热光纤的影响，温度等于环境 温度；

确定公式(2)中C₁，C₂积分常数需要如下两个边界条件：

第一类边界条件：当r＝r₀时，T(r₀)＝T_s；

第二类边界条件：当r＝r₀时，

考虑边界条件，由公式(2)得到温度分布为：

T(r)=q4kπr02(r02-r2)+Ts---(3)]]>

④在大直径的灌注桩中心线处设置线状光纤，在距离灌注桩中心线不同半径r处设测量 温度的光纤，对灌注桩中心线处光纤进行加热，当离灌注桩中心线光纤距离为r处桩体温度 T(r)不再下降时，该半径即为灌注桩中心线处加热光纤的热传导辐射临界半径r₀；

⑤对方程式(3)在桩体中心线求值，并用此值去除方程(3)，得到温度分布的无因次形 式：

T(r)-TsT0-Ts=1-(rr0)2---(4)]]>

其中，T₀为热源处温度，即位于桩体中加热光纤沿线温度，通过DTS检测即可得到，记 △T(r)＝T(r)-T_s，定义为离热源距离为r点的过余温度，热源点的过余温度最大；

公式(3)可以记成如下形式：

ΔT(r)=q4kπr02(r02-r2)---(5)]]>

⑥热传导的影响范围r₀是由热生成速率和热传导系数决定，热传导的影响范围很难精确 控制在半径为r₀的圆内，而DTS的测试精度是一定的；当r越大时，热损失增加，温度下降 梯度减小，当小于DTS仪器精度时，仪器无法识别温度变化，即可认为热传导结束，因此可 以通过DTS仪器测试精度确定q；

对公式(5)进行求导，且满足下列等式：

dΔT(r)dr|r=r0=-δ---(6)]]>

其中δ为DTS仪器精度；

对公式(6)求解可得：

q|r=r0=2kπδr0---(7)]]>

其中，导热系数k可通过DRPL-Ⅱ导热系数测试仪确定，r₀可通过步骤④中方式确定，π 为圆周率取3.14。