一種基于光纖光柵位移計(jì)串測(cè)量圍巖大應(yīng)變的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地質(zhì)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光纖光柵位移計(jì)串測(cè)量圍巖大應(yīng)變的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前水電工程地下洞室監(jiān)測(cè)圍巖應(yīng)變監(jiān)測(cè)主要采用埋設(shè)單向應(yīng)變計(jì)或光纖光柵應(yīng)變計(jì)來實(shí)現(xiàn)。兩種應(yīng)變計(jì)的量程一般為3000 μ ε (其中拉應(yīng)變2500 μ ε，壓應(yīng)變500 μ ε)，標(biāo)距250mm的應(yīng)變計(jì)可測(cè)量的最大變形僅0.75mm。而地下洞室圍巖受施工時(shí)開挖爆破等影響，支護(hù)后部分區(qū)域變形可達(dá)10-20_甚至更大。采用應(yīng)變計(jì)測(cè)量圍巖應(yīng)變雖然精度高，但監(jiān)測(cè)儀器容易失效，無法達(dá)到監(jiān)測(cè)目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種基于光纖光柵位移計(jì)串測(cè)量圍巖大應(yīng)變的裝置和方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種基于光纖光柵位移計(jì)串測(cè)量圍巖大應(yīng)變的裝置，包括順次連接的位移計(jì)；
[0006]所述位移計(jì)包括通過信號(hào)傳輸機(jī)構(gòu)連接的位移感應(yīng)機(jī)構(gòu)和信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)；
[0007]所述位移感應(yīng)機(jī)構(gòu)將其安裝位置的圍巖的位移量轉(zhuǎn)變?yōu)榭赏ㄟ^信號(hào)傳輸機(jī)構(gòu)輸送的信號(hào)；
[0008]所述信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括顯示屏，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將來自信號(hào)傳輸機(jī)構(gòu)的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺x的信息。
[0009]優(yōu)選的，所述位移計(jì)為光纖光柵位移計(jì)，所述信號(hào)傳輸機(jī)構(gòu)為光纜，所述光纜沿著所述基于光纖光柵位移計(jì)串測(cè)量圍巖大應(yīng)變的裝置的軸向設(shè)置。
[0010]優(yōu)選的，所述光線光柵位移計(jì)為帶溫度補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵位移計(jì)，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)為調(diào)制解調(diào)儀。
[0011]進(jìn)一步的，所述位移感應(yīng)機(jī)構(gòu)包括依次連接的第一法蘭、第一連接桿、位移傳感器、彈簧管、第二連接桿和第二法蘭；所述第一法蘭與所述第二法蘭連接，所述光纜依次連接所述位移感應(yīng)器。
[0012]優(yōu)選的，所述彈簧管與所述第二連接桿之間通過不銹鋼測(cè)桿連接。
[0013]優(yōu)選的，位于同一光纖光柵位移計(jì)兩端的第一法蘭和第二法蘭之間套設(shè)有防護(hù)管，用以將灌入安裝孔的漿液隔離在所述光纖光柵位移計(jì)的外部；
[0014]所述防護(hù)管包括第一防護(hù)管和第二防護(hù)管，所述第一防護(hù)管的數(shù)量為兩個(gè)，所述第二防護(hù)管的數(shù)量為一個(gè)，所述第一法蘭和所述第二法蘭均為圓柱凸臺(tái)，其中一個(gè)所述第一防護(hù)管的一端氣密地固定在所述第一法蘭的半徑較小的圓柱面上，另外一個(gè)防護(hù)管的一端氣密地固定在所述第二法蘭半徑較小的圓柱面上，兩所述第一防護(hù)管的另一端均氣密地固定在第二防護(hù)管的內(nèi)壁上。
[0015]優(yōu)選的，本發(fā)明還包括鋼絲；
[0016]所述第一法蘭和所述第二法蘭上均設(shè)有供所述鋼絲穿過的鋼絲通過孔，所述鋼絲沿所述測(cè)量圍巖大應(yīng)變的軸向依次穿過所述鋼絲通過孔；
[0017]所述鋼絲打結(jié)成若干結(jié)點(diǎn)，所述結(jié)點(diǎn)包括第一法蘭結(jié)點(diǎn)、第二法蘭結(jié)點(diǎn)和中間結(jié)點(diǎn)，所述第一法蘭結(jié)點(diǎn)的數(shù)量和所述第二法蘭結(jié)點(diǎn)的數(shù)量均為兩個(gè)；
[0018]兩個(gè)所述第一法蘭結(jié)點(diǎn)設(shè)置在所述基于光纖光柵位移計(jì)串測(cè)量圍巖大應(yīng)變的裝置的一端的第一法蘭的兩側(cè)，并且將設(shè)置在該端的第一法蘭固定在兩個(gè)所述第一結(jié)點(diǎn)之間；
[0019]兩個(gè)所述第二法蘭結(jié)點(diǎn)設(shè)置在所述基于光纖光柵位移計(jì)串測(cè)量圍巖大應(yīng)變的裝置的另一端的第二法蘭的兩側(cè)，并且將設(shè)置在該端的第二法蘭固定在兩個(gè)所述第二結(jié)點(diǎn)之間；
[0020]所述中間結(jié)點(diǎn)設(shè)置在配合連接的第一法蘭和第二法蘭的兩側(cè)，并且將配合連接的第一法蘭和第二法蘭卡在兩相鄰的中間結(jié)點(diǎn)之間。
[0021]優(yōu)選的，位于安裝孔底端的光纜彎成圓環(huán)狀，并且在呈圓環(huán)狀的光纜外部套設(shè)有軟管。
[0022]使用上述技術(shù)方案的基于光纖光柵位移計(jì)串測(cè)量圍巖大應(yīng)變的裝置測(cè)量圍巖大應(yīng)變的方法，該方法包括如下步驟:
[0023]S1、沿圍巖應(yīng)變的測(cè)量方向在圍巖上開設(shè)安裝孔；
[0024]S2、根據(jù)檢測(cè)方向上的長(zhǎng)度組裝相應(yīng)數(shù)量的位移計(jì)形成基于光纖光柵位移計(jì)串測(cè)量圍巖大應(yīng)變的裝置；
[0025]S3、將組裝完畢的基于光纖光柵位移計(jì)串測(cè)量圍巖大應(yīng)變的裝置裝入安裝孔；
[0026]S4、向安裝孔內(nèi)灌入漿液，漿液硬化后將所述位移感應(yīng)機(jī)構(gòu)與圍巖結(jié)合成一體。
[0027]進(jìn)一步的，步驟S4中的漿液為水泥漿液。
[0028]本發(fā)明的有益效果為:
[0029]通過將多支光纖光柵位移計(jì)組裝成串，準(zhǔn)確定位法蘭盤間距(標(biāo)距)，利用測(cè)得的位移值可以計(jì)算出圍巖不同深度連續(xù)的應(yīng)變值。監(jiān)測(cè)時(shí)即便某一測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)超量程情況，也不會(huì)影響其他測(cè)點(diǎn)正常監(jiān)測(cè)?？梢詼y(cè)量圍巖的沿整條測(cè)線上軸向的應(yīng)變情況。
[0030]解決了光纖光柵應(yīng)變計(jì)和單向應(yīng)變計(jì)無法測(cè)得圍巖大應(yīng)變的問題，并且采用帶溫度補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵位移計(jì)可避免溫度影響。通過將不同光纖光柵位移計(jì)組連接成串，可連續(xù)測(cè)得地下洞室圍巖大應(yīng)變。該發(fā)明操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，具有很好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0031]圖1是單支光纖光柵位移計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2是第一法蘭的剖視圖；
[0033]圖3是圖2沿A-A的剖視圖；
[0034]圖4是圖2沿B-B的剖視圖；
[0035]圖5是圖2沿C-C的剖視圖；
[0036]圖6是圖2沿D-D的剖視圖；
[0037]圖7是第二法蘭的剖視圖；
[0038]圖8是圖7沿A-A的剖視圖；
[0039]圖9是圖7沿B-B的剖視圖；
[0040]圖10是圖7沿C-C的剖視圖；
[0041]圖11是圖7沿D-D的剖視圖；
[0042]圖12是光纖光柵位移計(jì)的組裝示意圖。
[0043]圖中，1、第一法蘭；2、第二法蘭；3、光纜；4、第一連接桿；5、固定桿；6、位移感應(yīng)器；7、彈簧管；8、不銹鋼測(cè)桿；9、第二連接桿；10、第一凹槽；11、第一螺孔；12、第二凹槽；13、第一中心通孔；14、第二中心通孔；15、第一防護(hù)管；16、第二防護(hù)管；17、自攻螺絲；18、鋼絲。
【具體實(shí)施方式】
[0044]優(yōu)選實(shí)施例
[0045]一種基于光纖光柵位移計(jì)串測(cè)量圍巖大應(yīng)變的裝置，包括順次連接的位移計(jì)；
[0046]所述位移計(jì)包括通過信號(hào)傳輸機(jī)構(gòu)連接的位移感應(yīng)機(jī)構(gòu)和信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)；
[0047]所述位移感應(yīng)機(jī)構(gòu)將其安裝位置的圍巖的位移量轉(zhuǎn)變?yōu)榭赏ㄟ^信號(hào)傳輸機(jī)構(gòu)輸送的信號(hào)；
[0048]所述信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括顯示屏，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將來自信號(hào)傳輸機(jī)構(gòu)的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺x的信息。
[0049]所述位移計(jì)為光纖光柵位移計(jì)，所述信號(hào)傳輸機(jī)構(gòu)為光纜3，所述光纜3沿著所述基于光纖光柵位移計(jì)串測(cè)量圍巖大應(yīng)變的裝置的軸向設(shè)置。
[0050]所述光線光柵位移計(jì)為帶溫度補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵位移計(jì)，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)為調(diào)制解調(diào)儀。
[0051]所述位移感應(yīng)機(jī)構(gòu)包括依次連接的第一法蘭1、第一連接桿4、位移傳感器6、彈簧管7、第二連接桿9和第二法蘭2 ;所述第一法蘭I與所述第二法蘭2連接，所述光纜3依次連接所述位移感應(yīng)器。
[0052]所述彈簧管7與所述第二連接桿9之間通過不銹鋼測(cè)桿8連接。
[0053]位于同一光纖光柵位移計(jì)兩端的第一法蘭I和第二法蘭2之間套設(shè)有防護(hù)管，用以將灌入安裝孔的漿液隔離在所述光纖光柵位移計(jì)的外部；
[0054]所述防護(hù)管包括第一防護(hù)管15和第二防護(hù)管16，所述第一防護(hù)管15的數(shù)量為兩個(gè)，所述第二防護(hù)管16的數(shù)量為一個(gè)，所述第一法蘭I和所述第二法蘭2均為圓柱凸臺(tái)，其中一個(gè)所述第一防護(hù)管15的一端氣密地固定在所述第一法蘭I的半徑較小的圓柱面上，另外一個(gè)防護(hù)管的一端氣密地固定在所述第二法蘭2半徑較小的圓柱面上，兩所述第一防護(hù)管15的另一端均氣密地固定在第二防護(hù)管16的內(nèi)壁上。
[0055]本實(shí)施例還包括鋼絲18 ;所述第一法蘭I和所述第二法蘭2上均設(shè)有供所述鋼絲18穿過的鋼絲通過孔，所述鋼絲18沿所述測(cè)量圍巖大應(yīng)變的軸向依次穿過所述鋼絲通過孔；所述鋼絲18打結(jié)成若干結(jié)點(diǎn)，所述結(jié)點(diǎn)包括第一法蘭I結(jié)點(diǎn)、第二法蘭2結(jié)點(diǎn)和中間結(jié)點(diǎn)，所述第一法蘭I結(jié)點(diǎn)的數(shù)量和所述第二法蘭2結(jié)點(diǎn)的數(shù)量均為兩個(gè)；兩個(gè)所述第一法蘭I結(jié)點(diǎn)設(shè)置在所述基于光纖光柵位移計(jì)串測(cè)量圍巖大應(yīng)變的裝置的一端的第一法蘭I的兩側(cè)，并且將設(shè)置在該端的第一法蘭I固定在兩個(gè)所述第一結(jié)點(diǎn)之間；兩個(gè)所述第二法蘭2結(jié)點(diǎn)設(shè)置在所述基于光纖光柵位移計(jì)串測(cè)量圍巖大應(yīng)變的裝置的另一端的第二法蘭2的兩側(cè)，并且將設(shè)置在該端的第二法蘭2固定在兩個(gè)所述第二結(jié)點(diǎn)之間；所述中間結(jié)點(diǎn)設(shè)置在配合連接的第一法蘭I和第二法蘭2的兩側(cè)，并且將配合連接的第一法蘭I和第二法蘭2卡在兩相鄰的中間結(jié)點(diǎn)之間。
[0056]位于安裝孔底端的光纜3彎成圓環(huán)狀，并且在呈圓環(huán)狀的光纜3外部套設(shè)有軟管。
[0057]使用上述技術(shù)方案的基于光纖光柵位移計(jì)串測(cè)量圍巖大應(yīng)變的裝置測(cè)量圍巖大應(yīng)變的方法，該方法包括如下步驟:
[0058]S1、沿圍巖應(yīng)變的測(cè)量方向在圍巖上開設(shè)安裝孔；
[0059]S2、根據(jù)檢測(cè)方向上的長(zhǎng)度組裝相應(yīng)數(shù)量的位移計(jì)形成基于光纖光柵位移計(jì)串測(cè)量圍巖大應(yīng)變的裝置；
[0060]S3、將組裝完畢的基于光纖光柵位移計(jì)串測(cè)量圍巖大應(yīng)變的裝置裝入安裝孔；
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