[发明专利]一种利用光纤光栅测量锚杆侧向受力的方法

权利要求书

1.一种利用光纤光栅测量锚杆侧向受力的方法，其特征在于：所述方法是利用包括锚杆（1）、锚杆锚固剂（2）、光纤光栅（3）、垫板（4）、锚杆锁紧装置（5）、光缆（6）、解调仪（7）构成的测量锚杆，并利用光纤光栅（3）对所述测量锚杆的侧向受力进行测量；

所述测量锚杆是锚杆（1）沿表面轴向截面互成120°加工三个凹槽，分别在每个凹槽中设置一光纤光栅串，每根光纤光栅串上等距对应设置有五个光纤光栅（3），每根光纤上对应光栅均在锚杆（1）的同一截面上，且每根光纤与解调仪（7）相连，然后用锚杆锚固剂（2）、垫板（4）及锁紧装置（5）将光纤光栅串固定在凹槽中，构成受力测量锚杆；

所述受力测量锚杆的测量方法是按下列步骤进行的：

1）将所述受力测量锚杆置入岩层内，当受力测量锚杆受到切向力或者轴向拉力时，锚杆（1）发生变形，设置在锚杆（1）凹槽中的光栅发生变化，其栅距发生变化导致中心波长变化；

2）通过光纤将光信号传输到解调仪（7），通过解调仪（7）将信号进行解调分析，即获得相应光纤光栅（3）位置锚杆（1）的应变情况；

3）获得锚杆所受轴向力时，锚杆受到轴向拉伸，即获得设置于锚杆上的光纤光栅（3）所在位置的应变情况，后分别将每个光纤光栅（3）所获得应变情况取均值的一锚杆上一点的应变，得截面应力然后根据公式，即得锚杆（1）所受轴向力F，其中：E是锚杆材质的弹性模量，S是锚杆的横截面面积；

4）获得锚杆（1）所受切向力时，根据光纤光栅（3）设置获得锚杆上五个截面三点的应变量，后根据每个截面三点的应变量，获得锚杆在五个截面位置中心线的曲率半径，以及表示该位置的弯曲方向角度，之后根据五个截面位置的弯曲情况判断锚杆（1）的切向方向受力情况，并根据锚杆（1）所处于的状态，得到该状态下的挠度方程；

其中：是锚杆在x位置锚杆切向变形量；再根据曲线的曲率半径方程，将所得的五个截面位置的曲率半径以及带入曲率半径方程，即得方程组求得锚杆（1）受力的位置及其大小，再通过判断锚杆的弯曲方向的角度得到锚杆（1）所受切向力的方向。

2.如权利要求1所述的利用光纤光栅测量锚杆侧向受力的方法，其特征在于：所述锚杆（1）的制作方法是将一实心锚杆（1）沿轴向截面互成120°加工为三个相等的凹槽，并将三个相等的凹槽打磨光滑，然后将相应的三条光纤光栅串整理平直置于打磨光滑的凹槽中，再用AB胶将光纤光栅串固定。

3.如权利要求1所述的利用光纤光栅测量锚杆侧向受力的方法，其特征在于：所述锚杆（1）的凹槽结构是轴向近于封闭的矩形或圆型结构。

4.如权利要求1所述的利用光纤光栅测量锚杆侧向受力的方法，其特征在于：所述锚杆锚固剂（2）是树脂锚固剂。

5.如权利要求1所述的利用光纤光栅测量锚杆侧向受力的方法，其特征在于：所述锚杆（1）与光纤光栅（3）的固定是将光纤光栅（3）置于受力锚杆（1）的凹槽中，在五分钟之内将混合后的AB胶填充于凹槽内的所有空间，之后静置10分钟初步凝固；同样对锚杆（1）的其他两个凹槽采用相同的方法进行设置固定，然后将制作好的锚杆（1）置于干燥通风的地方静置24小时以上，即可用于锚杆在钻孔中的受力测量。