[发明专利]一种基于FBG的双桥静力触探探头及静力触探试验方法

说明书

本发明公开一种基于FBG的双桥静力触探探头及静力触探试验方法，采用双桥结构，基于FBG的双桥静力触探探头，拓宽了静力触探试验的技术手段。本次发明引入的压力感测梁结构，在后续数据处理中能将温度项自动抵消，实现温度自补偿，具有灵敏度高、稳定性好、绝缘、防水、耐腐蚀，容易实现远距离信号传输和测量控制等优点，并且可在恶劣环境下工作，为后续将FBG静力触探技术广泛应用于实际工程奠定基础。

技术领域

本发明涉及岩土工程勘察技术领域中的原位测试技术，具体涉及一种基于FBG的双桥静力触探探头及静力触探试验方法。

背景技术

静力触探是一种重要的原位测试方法，但传统静力触探探头多采用电测式探头，其原理是利用传感器将探头所受阻力转换为电信号，然后借助电缆传送到记录仪并记录下来，进而实现土类定名、土层界面划分、评定地基土物理与力学性质、提供浅基承载力和预估单桩承载力等岩土工程勘察的目的。普遍存在防水性能不足，易受电磁干扰，零漂、温漂等问题，此外实际操作过程中多采用电缆线将探头采集的信息传输到地面，由于电信号长距离传递损耗较大将限制勘测深度，这些问题限制了静力触探在诸多方面的应用。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于FBG的双桥静力触探探头。

技术方案：本发明所述的基于FBG(光纤布拉格光栅)的双桥静力触探探头，包括锥头、摩擦筒、压力感应梁、导接杆和传力柱，所述压力感应梁的数量为两个，且分别设为上部压力感应梁和下部压力感应梁，所述传力柱的数量为两个，且分别设为第一传力柱和第二传力柱，所述导接杆、上部压力感应梁、第一传力柱、下部压力感应梁和第二传力柱从上至下依次设在摩擦筒内，所述上部压力感应梁的上下两端分别与导接杆、第一传力柱螺纹连接，所述下部压力感应梁的上下两端分别与第一传力柱、第二传力柱螺纹连接，在上部压力感应梁、下部压力感应梁上设有光纤光栅，在导接杆、上部压力感应梁、下部压力感应梁、第一传力柱上设有相互导通的通孔，所述光纤光栅连接有通信光纤，所述通信光纤从导接杆的通孔处伸出。

作为本发明的进一步改进，所述压力感应梁为门字梁，所述门字梁包括与导接杆轴心平行的两根竖梁，各竖梁两侧面分别粘贴有光纤光栅。

作为本发明的进一步改进，在导接杆与摩擦筒的内壁面配合处设有止水橡胶圈，在传力柱与摩擦筒的内壁面配合处设有止水橡胶圈。

作为本发明的进一步改进，在锥头与摩擦筒的连接处设有止水橡胶圈。

作为本发明的进一步改进，所述光纤光栅为光纤布拉格光栅。

本发明还包括一种基于FBG的双桥静力触探探头的静力触探试验方法，包括以下步骤：

S1、将双桥静力触探探头压入土中，分析所受土层的阻力包括：锥尖阻力q_c、摩擦阻力f_s；

S2、分析下部压力感应梁：

p₁＝k₀₁ε₀₁， (1)；

上式中，p₁为贯入阻力，对于下部压力感应梁，只有锥尖阻力，k₀₁为比例系数，ε₀₁为下部门字梁受压下轴向应变；

对于光纤光栅、波长变化率与应变温度变化存在如下关系：

上式中，Δλ为光纤波长变化，λ为初始波长，k₁为应变比例系数，ε为光纤应变，k₂为温度系数，ΔT为温度变化；