1、 1 引言(ynyn) 在巖土工程監測中，應變是最重要的參數之一，傳統的電阻應變片由于自身的一些缺陷，逐漸的難以滿足目前巖土工程監測要求，而光纖光柵傳感器憑借它的可靠性好，抗干擾能力強，尺寸小，施工工藝簡便，以及可復用性強等諸多方面的優勢，逐漸受到關注，并被推廣應用(yngyng)于各類土木工程實踐中。從上世紀八十年代末期美國工程師首次把光纖傳感器應用(yngyng)于土木工程領域之后，國外一些發達國家已經做了大量的實驗，目前該技術已經較為成熟，而我國還處于起步階段。本文僅以某工程的一根試驗樁為例，簡要介紹光纖光柵傳感器的工作原理，并比較光纖光柵傳感器與電阻應變片的測試結果，分析光纖光柵傳感器

2、在巖土工程監測中的發展前景。第1頁/共20頁第一頁，共21頁。 2 光纖光柵傳感器的工作(gngzu)原理 光纖光柵傳感器是利用光纖材料的光敏性，即外界入射光子和纖芯相互作用而引起的后者折射率的永久性變化，用紫外激光直接寫入法在單膜光纖的纖芯內形成的空間相位光柵，其實質是在纖芯內形成一個窄帶的濾光器或反射鏡。Bragg光柵傳感器是通過對波長光譜的檢測，實現被測對象應變的絕對測量。當光柵產生軸向應變時，反射窄帶光的波長會發生改變，在忽略溫度(wnd)影響的前提下，波長偏移量與應變的關系滿足下式：第2頁/共20頁第二頁，共21頁。BBekP)1 ( 其中: Pe為光纖的彈光系數， 為光纖光柵不受應

3、變作用下的中心波長， 為外加(wiji)軸向應變，k為光纖光柵相對應的靈敏度系數， 為應變引起的波長偏移。 B第3頁/共20頁第三頁，共21頁。 BRAGG光纖光柵屬于反射型工作器件，當光源發出的連續寬帶光（下圖中Ii）通過傳輸光纖射入時，它與光場發生耦合作用，對該寬帶光有選擇地反射回相應的一個窄帶(zhi di)光（下圖中Ir），并沿原傳輸光纖返回；其余寬帶光（下圖中It）則直接透射過去。 第4頁/共20頁第四頁，共21頁。3 試樁概況(gikung):3.1地質條件：第5頁/共20頁第五頁，共21頁。 3.2 試樁概況 試樁樁長46.5m，樁徑1.8m，預計承載力234050kN。試樁采用

4、自平衡法來進行。每級加載為預估承載力的1/15，第一級按兩倍荷載分級加載，測試采用慢速維持荷載法加載。 本次試驗中樁身軸力用兩種傳感器。每個截面的3個方向采用常規電阻式鋼筋應變計量測，另一方向采用埋入式光柵傳感器量測，測量分辨率小于1，測量范圍在3000之間。光柵數據采用PI04B 系列光纖光柵傳感網絡分析儀采集并轉換成應變數據存入計算機。傳感器布置在巖土界面分界(fn ji)處。布設截面位置見圖1，共布設7個截面，21只常規鋼筋應變計，7只光柵傳感器。第6頁/共20頁第六頁，共21頁。第7頁/共20頁第七頁，共21頁。 圖2 埋入式光柵(gungshn)傳感器及PI04B系列光纖光柵(gun

5、gshn)傳感網絡分析儀第8頁/共20頁第八頁，共21頁。 初始加載階段(jidun)向上向下位移均緩慢增加，隨著荷載的增加，向上和向下的位移逐漸增加，達到預計加載值時，向上的位移達到11.15mm，向下的位移為9.22mm，因位移小，故繼續增加一級荷載，至240160kN，達荷載箱加載極限，然后開始逐級卸載。 測試所加的各級荷載以及相應的向上向下位移如表2和圖3所示：第9頁/共20頁第九頁，共21頁。第10頁/共20頁第十頁，共21頁。3.3 測試結果 將部分截面處由電阻式鋼筋應變計所測得的應變值的平均值和光柵(gungshn)傳感器所測得的應變值進行比較，如圖4圖9所示。圖4 標高(bio

6、go)為5.99m處截面應變值 圖5 標高(biogo)為-4.41處截面應變值第11頁/共20頁第十一頁，共21頁。 圖6 標高(biogo)為-11.21m處截面應變值 圖7 標高(biogo)為-20.61m處截面應變值第12頁/共20頁第十二頁，共21頁。圖8 標高為-25m處截面( jimin)應變值 圖9 標高為-31m處截面( jimin)應變值 第13頁/共20頁第十三頁，共21頁。 比較上述測試結果，可以得到電阻式鋼筋應變計和光柵傳感器測試的數據比較接近，特別是在應變比較大時誤差更小，但光柵傳感器的數據更為準一些，且更加穩定，零漂較小。 根據電阻式鋼筋應變計和光柵傳感器測得的

7、樁身應變采用標定(bio dn)斷面法分別進行計算，可以得出各土層和巖層的摩阻力，端阻力,以及等效成樁頂加載情況下的承載力位移曲線,計算結果如下圖所示，圖10側摩阻力位移曲線，圖11樁端阻力位移曲線，圖12等效樁頂荷載位移曲線中的（a）為由電阻式鋼筋應變計測得的應變值計算出的相應結果，（b）為根據光柵傳感器測得的應變值計算出的相應結果。第14頁/共20頁第十四頁，共21頁。 （a） （b） 圖10側摩阻力(zl)位移曲線第15頁/共20頁第十五頁，共21頁。 （a） （b） 圖11樁端阻力(zl)位移曲線第16頁/共20頁第十六頁，共21頁。 （a） （b）圖12等效樁頂荷載(hzi)位移曲線

8、第17頁/共20頁第十七頁，共21頁。 4結論 從計算結果可以看出，用傳統電阻式應變計和用光柵傳感器測得的應變計算得出的各個土層摩阻力比較接近，并且趨勢變化也基本一致；按照自平衡轉換方法轉換成的轉換荷載位移曲線也相差很小，只有端阻力位移曲線差別稍大。從本工程來看，在巖土工程領域光柵傳感器可以取代傳統電阻式應變計，從技術角度來講，將光柵傳感器應用于巖土工程監測中已經不成問題。但是由于光柵傳感器價格相對昂貴，這也是制約將其廣泛應用的主要原因，隨著這項技術的廣泛推廣，光柵傳感器的價格也會有所降低，所以說，光柵傳感器在今后( jnhu)的巖土工程中會發揮更大的作用。第18頁/共20頁第十八頁，共21頁。 謝謝(xi xie)大家！第19頁/共20頁第十九頁，共21頁。謝謝您的觀看(gunkn)！第20頁/共20頁第二十頁，共21頁。NoImage內容(nirng)總結1 引言。Bragg光柵傳感器是通過對波長光譜的檢測，實現被測對象應變的絕對測量。光柵數據采用