[发明专利]一种利用光纤光栅测量锚杆侧向受力的方法

摘要

一种利用光纤光栅测量锚杆侧向受力的方法是利用包括锚杆、锚杆锚固剂、光纤光栅、垫板、光缆、锚杆锁紧装置、光缆、解调仪构成的测量锚杆，并利用光纤光栅对所述测量锚杆的侧向受力进行测量。本发明采用光纤光栅准确测得了锚杆所受切向力的大小方向位置，解决了现有测力锚杆仅能测量锚杆所受轴向力，提高了受力锚杆测量精度的可靠性，为更好地了解锚杆在钻孔中的受力情况，研究锚杆在岩层中的受力情况提供基础数据。

主权项

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。