光纤光栅测试技术在桩基检测中的应用ppt课件

1、引言：应变是岩土工程监测中最重要的参数之一。由于传统电阻应变仪的一些缺陷，逐渐难以满足当前岩土工程监测的要求。然而，光纤光栅传感器以其可靠性好、抗干扰能力强、体积小、施工工艺简单、可复用性强等优点，逐渐引起人们的关注，并被广泛应用于各个领域。自20世纪80年代末美国工程师首次将光纤传感器应用于土木工程以来，国外一些发达国家已经进行了大量的实验。目前，这项技术相对成熟，而中国仍处于起步阶段。本文以某工程试桩为例，简要介绍了光纤光栅传感器的工作原理，并对光纤光栅传感器和电阻应变仪的测试结果进行了对比，分析了光纤光栅传感器在岩土工程监测中的发展前景。光纤光栅传感器光纤光栅传感器的工作原理光纤光栅传感

2、器是利用光纤材料的光敏性，即外部入射光子与纤芯相互作用导致纤芯折射率的永久变化，在单膜光纤纤芯中形成的空间相位光栅。它的本质是在内核中形成一个窄带滤波器或反射镜。布拉格光栅传感器通过检测波长谱可以绝对测量被测物体的应变。当光栅产生轴向应变时，反射的窄带光的波长将发生变化。在忽略温度影响的前提下，波长偏移与应变的关系满足以下方程：式中， Pe为光纤的弹性光学系数，无应变光纤光栅的中心波长，即施加的轴向应变，k为光纤光栅的灵敏度系数，即应变引起的波长偏移。可以看出，光纤产生的应变与反射波长的偏移成正比，只要布拉格光栅波长的偏移被精确测量，光纤中布拉格光栅的应变就可以计算出来。BRAGG光纤光栅是一

3、种反射式工作装置。当光源发射的连续宽带光(下图中的Ii)通过传输光纤进入时，它与光场耦合，并选择性地将宽带光反射回相应的窄带光(下图中的Ir)，并沿着原始传输光纤返回。其余的宽带光(如下图所示)直接传输。3试桩概述： 3.1地质条件：3.2试桩概述试桩长46.5米，直径1.8米，预计承载力234050千牛顿。试桩采用自平衡法。每一级的荷载为预计承载力的1/15，第一级荷载为荷载的两倍。该试验采用慢速维护负荷法进行。在本次试验中，采用了两种传感器来测量桩身轴力。每段三个方向采用传统的电阻钢应变测量，另一个方向采用嵌入式光栅传感器。测量分辨率小于1，测量范围在3000之间。光栅数据由PI04B系列

4、光纤光栅传感器网络分析仪采集，并转换成应变数据存储在计算机中。传感器布置在岩土界面的边界。布局截面位置见图1。共有7个部分，包括21个常规钢应变仪和7个光栅传感器。图2嵌入式光栅传感器和PI04B系列光纤光栅传感器网络分析仪，初始加载阶段上下位移缓慢增加。随着载荷的增加，上下位移逐渐增加。当达到预期载荷值时，向上位移达到11.15毫米，向下位移达到9.22毫米。由于位移很小，一阶载荷继续增加到240-160千牛顿。所有载荷水平和相应的向上和向下位移见表2和图3:3.3试验结果将电阻式钢应变仪在某些截面测量的应变值平均值与光栅传感器测量的应变值进行比较，如图4 图9所示。图4为5.99米标高处的

5、截面应变值，图5为-4.41标高处的截面应变值，图6为-11.21米标高处的截面应变值，图7为-20.61米标高处的截面应变值，图8为-25米标高处的截面应变值，图9为-31米标高处的截面应变值，将上述试验结果进行比较即可得出。 得到等效桩顶荷载下各土层和岩层的摩阻力和端阻力以及承载力位移曲线。 计算结果如下图所示，图10:侧摩阻力-位移曲线，图11:桩端阻力-位移曲线，图12: (a)等效桩顶荷载-位移曲线由电阻式钢应变片测得的应变值计算。. (a) (b)图10侧摩擦-位移曲线，(a) (b)图11桩端阻力-位移曲线，(a) (b)图12等效桩端荷载-位移曲线，从计算结果可以看出，它是用传统的电阻应变片和光栅传感器测得的应变计算出来的。根据自平衡转换方法，转换后的载荷的位移曲线也有很大的不同，只有端部电阻位移曲线略有不同。从本项目的角度来看，光栅传感器可以替代岩土工程中传统的电阻应变仪。从技术角度来看，将光栅传感器应用于岩土工程监测不再是一个