[发明专利]基于分布式光纤小应变的大变形测试试验装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于分布式光纤小应变的大变形测试试验装置及方法，包括主动导轨牵引系统、从动导轨牵引系统、联动串联滑槽系统、数据采集系统，主动导轨牵引系统和每级从动导轨牵引系统通过联动串联滑槽系统连接，数据采集系统包括步进控制器位移显示系统和分布式光纤解调仪。本发明利用电磁铁联动串联滑槽系统实现多分段光纤在随测试变形时的非同步性，可以解决光纤直接监测应变测试范围较小的问题，形成基于分布式光纤小应变测量的大变形测试技术和方法，可为地面灾害大变形的测量提供借鉴。

技术领域

本发明涉及地面灾害防护工程领域中灾害大变形的测量技术，具体涉及一种基于分布式光纤小应变的大变形测试试验装置及方法。

背景技术

地面灾害在发生过程中往往伴随着大变形，实时监测是地质灾害防治的有效手段，尤其针对于路基不均匀沉降、边坡失稳等地面灾害。光纤作为新兴的监测手段，具有灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、长期稳定性好、结构简单、体积小、质量轻的特点，能实现大范围、长距离、长持时的整体监测，而当前采用光纤直接监测面临的主要问题是光纤应变范围较小，针对这一应用问题，采用单股光纤、单通道、分多段相互协调实现分布式光纤技术的大变形测试。

为实现分布式光纤小应变的大变形测试技术，主要利用自主设计的电磁铁联动串联滑槽系统实现多分段光纤在随测试变形时的非同步性，即上一级分段光纤最先产生应变，当产生的应变的分段光纤在达到80%~90%最大测量量程时下一级分段光纤开始产生应变，以此类推直到最后一级分段光纤发生应变，通过对每个分段光纤的应变叠加可达到测量大变形的目的。

目前，采用光纤进行地面灾害变形测量的实例较多，尤其是通过光纤测量抗滑桩、支锚结构变形，间接反映滑坡体的测量手段较为多见，针对大变形测量方法目前仍处于探索阶段，在地面灾害大变形的测量方法上更是少相关研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于分布式光纤小应变的大变形测试试验装置及方法，适用于通过单股光纤、单通道进行大变形的测试，形成基于分布式光纤小应变测量的大变形测试技术和方法，可为地面灾害大变形的测量提供借鉴。

本发明所采用的技术方案为：

基于分布式光纤小应变的大变形测试试验装置，其特征在于：

于光学平台上并排设置一组主动导轨牵引系统和多组从动导轨牵引系统；

主动导轨牵引系统包括双铝托光轴滚珠高精密丝杠导轨，导轨上从左到右依次设置有两个从动滑块和一个由步进电机带动的初级牵引滑块，三者顶面均设置有光纤夹持装置；

从动导轨牵引系统包括线性导轨，导轨上从左到右设置有三个滑块，依次为两个从动滑块和一个次级牵引滑块，三者顶面均设置有光纤夹持装置；

通过光纤夹持装置将光纤先夹持于主动导轨牵引系统最左侧从动滑块上，拉直后夹持于另一个从动滑块上，留余适当松弛的光纤后将光纤夹持于下一级从动导轨牵引系统中的右侧从动滑块上，拉直后夹持于左侧从动滑块上，依次完成再下一级从动导轨牵引系统中光纤的夹持；

将夹持光纤的两个端头通过FC/APC接头接入分布式光纤解调仪，测量初始布里渊频移值。

光纤夹持装置顶部设置有卡扣按压开关，光纤通过卡扣按压开关夹持于光纤夹持装置。

双铝托光轴滚珠高精密丝杠导轨包括中间的丝杠导轨和两侧的铝托光轴；

初级牵引滑块安装到丝杠导轨上，丝杠导轨两端安装轴承，一端安装有步进控制器联动步进电机；

从动滑块安装到铝托光轴上。

初级牵引滑块和次级牵引滑块上侧面设置有螺纹孔固定钢片；螺纹孔固定钢片通过螺纹固定孔固定于初级牵引滑块和次级牵引滑块，螺纹孔固定钢片形心位置处设置一个钢杆固定螺纹孔，在其左右侧各设置一个钢杆固定螺纹孔，孔深同螺纹孔固定钢片厚度；