[发明专利]一种基于光栅光纤监测的软土降水与回灌模型试验装置

说明书

本申请提供一种基于光栅光纤监测的软土降水和回灌模型试验装置，包括模型箱、水位控制与监测装置、光纤光栅监测装置。其中，模型箱由若干个分段圆形桶状结构组成，可根据需要自由拼装；水位控制与监测装置可模拟降水和回灌的过程，并实时监测土体内部的水位变化情况；光纤光栅监测装置包括光栅位移传感器、光栅温度传感器、光栅孔压传感器，光栅位移传感器监测土体在水位变化时的位移情况，光栅温度传感器监测温度变化实现温度补偿，光栅孔压传感器监测降水和回灌过程中土体孔压变化。本申请实现了利用光栅光纤技术观测软土在地下水降水和回灌过程中的位移、温度和孔压的变化。

技术领域

本申请属于地质工程与光纤感测领域，尤其涉及一种基于光栅光纤监测的软土降水与回灌模型试验装置。

技术背景

软土的典型特点包括不均匀、压缩性高、强度弱、透水性差以及较强的流变和触变性等。在建筑工程实践，软土地基的特点主要包括：较大的地基沉降量、较长的沉降时间、固结速度缓慢、沉降不均以及抗剪性较差等。传统的沉降变形监测系统存在工作量大、需要人员合作、易受天气因素影响，以及监测精度低等缺点，不能全面获取软土地基的沉降变形情况。而光纤光栅作为一种新型的材料，具有耐腐蚀和及高精度的特点，现已应用于土木工程、水利交通、地质工程和航天等各个工程领域。

对于土体变形的监测，常用的分布式光纤监测技术有布里渊散射光时域反射技术(BOTDR)、布里渊散射光时域分析技术(BOTDA)和布拉格光纤光栅(FBG)等分布式技术，FBG测量精度明显高于BOTDR和BOTDA，动态响应灵敏和复用性好。且对于软土，全分布式光纤并不适用，因为土体和全分布光纤耦合性差，点式感测技术由于工作量巨大，因此，相比之下，准分布式感测技术最适合软土变形沉降的监测。

发明内容

本申请的目的在于：弥补现有软土降水与回灌模型试验研究的不足，提供一种可以全面、快速、有效、准确监测软土在降水和回灌条件下的位移和孔压变化的实验装置。

为实现上述目的，本申请提供了如下技术方案：

一种基于光栅光纤监测的软土降水与回灌模型试验装置，其特征在于，包括模型箱、水位控制与监测装置、光纤光栅监测装置。

所述的模型箱由若干个分段模型桶组成，分段模型桶为顶底开口的圆形管状结构，具有较高的透光度和机械强度，各分段模型桶之间通过若干个法兰盘密封连接，可根据需要自由拼装；模型箱底部为不透水的圆形底座，与最下层分段模型桶之间通过法兰盘密封连接；模型箱底部设有砂层加土工布的透水结构，用以防止软土材料流失并向其均匀送水；模型箱内透水结构上可分层填筑软土材料；模型箱一侧设有若干个不同高度的测压孔用于连接测压管，测压孔处设置有透水石和土工布，防止软土材料流入测压管；模型箱底部透水结构处侧面设有进/排水口用于供水。

所述的水位控制与监测装置包括水位控制装置和水位监测装置；

进一步，所述的水位控制装置包括水箱、蠕动泵、注水瓶、三根注水管、升降支架；所述的水箱用于盛放去离子水，通过注水管依次与蠕动泵、注水瓶连接，利用蠕动泵将水箱中的水输送至注水瓶；所述的注水瓶通过升降支架固定于水箱正上方，注水瓶高度可通过升降支架调节；所述的注水瓶一侧设有溢流口，当注水瓶内水位高于溢流口时，水将从溢流口流出并落入水箱，保证注水瓶内水位始终处于溢流口高度；注水瓶和模型箱的进/排水口之间通过注水管连接，注水瓶内水在重力作用下沿注水管流入进/排水口，注水的水位高度由注水瓶溢流口高度决定，通过升降支架调节注水瓶高度可控制注水的水位高度；

所述的水位监测装置由若干根塑料软管和若干根测压管组成；若干根测压管通过若干根塑料软管与模型箱的若干个测压孔连接，用于观测模型箱中不同高度软土材料内水位变化。