[发明专利]一种室内模型桩桩身光纤光栅和桩土界面传感器布设装置

说明书

技术领域：

本发明属于桩基工程技术领域，涉及一种室内模型桩桩身内力和桩土界面土 压力及水压力测试设备，特别是一种室内模型桩桩身光纤光栅和桩土界面传感器 布设装置。

背景技术：

中国是静压桩“大国”，静压桩用量巨大，在建设工程中占有很大的比重， 迫切需要静压桩技术的提高，为了更好的从细观上研究静压桩全时程受力，需要 同时揭示桩身内力和桩土界面应力的全部发展变化。按测试试验类型，静压桩的 试验测试，可分为室内模型试验和原位试验，室内模型试验成本较低，试验条件 容易控制，可以较好的模拟现场的工程情况，也可以更直观的反映沉桩过程中桩 身内力和桩土界面应力的变化情况，原位试验可以测定难于取得不扰动土样的有 关工程力学性质，可避免取样过程中应力释放的影响；但是各种原位测试有其适 用条件，有些理论往往建立在统计经验的关系上等，影响原位测试成果的因素较 为复杂，使得对测定值的准确判定造成一定的困难，中国专利201510690779.9 公开了一种桩土界面土和孔隙水压力测试装置及方法，但是该装置及方法仅适用 于现场桩土界面土压及水压力的测试，未针对室内模型桩桩身光纤光栅和桩土界 面土压及水压传感器布设装置及方法进行详细开发研究。因此，基于室内模型试 验，开发一种室内模型桩桩基内力、桩土界面土压及水压力传感器布设装置及方 法成为一个刻不容缓的工作。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种室内模型桩桩身光 纤光栅和桩土界面土压及水压传感器布设装置，通过在模型桩桩身表面机械开 槽，在槽体内安装传感器，可以同时测试桩身内力和桩土界面应力的发展变化， 更好的从细观上研究静压桩全时程受力。

为了实现上述目的，本发明的主体结构包括模型桩、第一凹槽、第二凹槽、 第三凹槽、第四凹槽、开孔、光纤光栅传感器、硅压阻式土压力传感器、硅压阻 式孔隙水压力传感器、铠装光缆和屏蔽防水导线；模型桩的外侧壁上均匀开有竖 向的第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽，第一凹槽内安装有采用铠装光缆串联的光 纤光栅传感器，第三凹槽和第三凹槽分别安装有铠装光缆串联的硅压阻式土压力 传感器和屏蔽防水导线串联的硅压阻式孔隙水压力传感器；模型桩的底部开有开 孔，开孔内安装有测头朝下的硅压阻式土压力传感器，开孔余第二凹槽之间开有 第四凹槽，开孔内的硅压阻式土压力传感器采用铠装光缆通过第四凹槽进入第二 凹槽，并从模型桩顶部引出；第三凹槽内底部的硅压阻式孔隙水压力传感器测头 朝下，串联硅压阻式孔隙水压力传感器的屏蔽防水导线通过第三凹槽后从模型桩 顶部引出。

本发明所述模型桩采用POM实心圆棒，POM强度、刚度高，力学性能优异， 符合本装置的测试要求；光纤光栅传感器采用微型光纤光栅应变传感器，直径为 1mm，长度为10mm，第一凹槽的深度为6mm，宽度为6mm；硅压阻式土压力 传感器和硅压阻式孔隙水压力传感器均采用微型硅压阻式压力传感器，自身封装 形式为将硅应变片用玻璃粉直接烧结在金属膜片上构成烧结型压力传感器；硅压 阻式土压力传感器的直径为20mm，高度为10mm，铠装光缆的直径为3mm，第 二凹槽的深度为15mm，宽度为20mm，第四凹槽的深度为5mm，宽度为3mm；硅压 阻式孔隙水压力传感器的直径为6mm，高度为15mm，屏蔽防水导线的直径为 5mm，第三凹槽的深度为20mm，宽度为6mm。

本发明对室内模型桩桩身光纤光栅和桩土界面传感器布设的具体过程为：

(1)、将模型桩截面3等分，分别进行机械开槽，形成第一凹槽、第二凹槽 和第三凹槽，在模型桩桩端底部用开口器开口，形成开孔，开孔与第二凹槽中间 开槽，形成第四凹槽；

(2)、分别在第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽内底部放入一层植筋胶，先将 光纤光栅传感器植入在第一凹槽的1/2深度处，相邻的光纤光栅传感器之间用铠 装光缆等间距150mm串联；再将采用铠装光缆等间距150mm串联的硅压阻式 土压力传感器和采用屏蔽防水导线等间距150mm串联的硅压阻式孔隙水压力传 感器分别植入第二凹槽和第三凹槽内，同时保证硅压阻式土压力传感器和硅压阻 式孔隙水压力传感器接触面与模型桩表面齐平；光纤光栅传感器、硅压阻式土压 力传感器、硅压阻式孔隙水压力传感器距离模型桩顶部和底部均为50mm；串联 硅压阻式土压力传感器的铠装光缆和串联硅压阻式孔隙水压力传感器的屏蔽防 水导线均布设在相应传感器下面；