管桩击入土层的fbg-botda联合传感器检测方法
管桩击入土层的fbg-botda联合传感器检测方法
【专利摘要】一种管桩击入土层的FBG-BOTDA联合传感器检测方法，具体为：在管桩的表面，沿其长度方向设置有若干个F-B联合传感器，F-B联合传感器包括FBG传感器和BOTDA传感器，FBG传感器检测监测点在击入过程和接管过程的应变变化规律，以获取监测点动静态数据；同时，BOTDA传感器监测管桩静止状态下桩身应变变化特征，以全面把握桩身应变发展趋势。本发明FBG-BOTDA联合监测既可以精确获取监测点动静态数据又可以全面把握桩身应变发展趋势，既弥补了全分布式传感技术动态监测监测不足又弥补了点式传感器以点概面的误判。特别是随着解调技术的成熟，FBG与BOTDA传感器实现复利用，FBG-BOTDA联合监测技术利用前景广阔。
【专利说明】管粧击入土层的FBG-BOTDA联合传感器检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及ー种管桩击入土层的FBG-BOTDA联合传感器检测方法。
【背景技术】
[0002]管桩作为ー种地基处理方法及桩基础形式，具有施工エ期短，施工方便，エ业化生产，对施工场地无污染，经济效益可观，适应性强等优点。但管桩在施工过程中常出现桩头破碎、桩身爆裂、桩身难以贯入等问题严重影响了管桩的推广和使用。如田集电厂一期工程地基采用の600X 110AB型PHC管桩，在前期烟囱基桩施打过程中，先打入的58根桩，13根桩在桩身入土至20?24m深度左右时，距桩尖4?6m处桩身发生破坏[2]。福州地区某五万吨级码头工程选用の1200大直径PHC管桩，沉桩后部分管桩管壁出现竖向裂缝等。
[0003]对于管桩桩基打入过程中的研究，常用方法有大应变法和电阻应变片法。大应变法对监测环境、传感器安装、桩顶状况、锤击高度、锤重等有比较高的要求，现场情况难以满足，其測量曲线和实际情况误差较大，有些地区质监站已经不认可该项检測。电阻应变片由于其长期稳定性差、成活率低、施工复杂、点式等缺点，不能很好的满足管桩击入过程的监测需要。
[0004]分布式光纤传感技术是近年来各国竞相研发的新一代检测技术，其分布式、长距离、耐久、抗干扰、施工方便等优点，越来越得到工程检测与监测部门的青睐，发展十分迅速。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种即可以精确获取监测点动静态数据，又可以全面把握桩身应变发展趋势的管桩击入土层的FBG-BOTDA联合传感器检测方法。
[0006]为实现上述目的，本发明管桩击入土层的FBG-BOTDA联合传感器检测方法，具体为:在管桩的表面，沿其长度方向设置有若干个F-B联合传感器，F-B联合传感器包括FBG传感器和BOTDA传感器，FBG传感器检测监测点在击入过程和接管过程的应变变化规律，以获取监测点动静态数据；同吋，BOTDA传感器监测管桩静止状态下桩身应变变化特征，以全面把握桩身应变发展趋势。
[0007]进ー步，所述F-B联合传感器设置在所述管桩的表面与所述管桩的中轴面交合处的交线上。
[0008]进ー步，所述F-B联合传感器中的所述FBG传感器和BOTDA传感器为一体设置来实现复利用，两者相互结合安装后在所述管桩表面形成一条检测线。
[0009]进ー步，所述F-B联合传感器中的所述FBG传感器和BOTDA传感器为分体设置，所述FBG传感器设置在所述交线上，所述BOTDA传感器紧贴设置所述FBG传感器的两侧。
[0010]进ー步，所述BOTDA传感器呈U型结构。
[0011 ] 进ー步，将各个所述FBG传感器、BOTDA传感器和解调仪相连接，BOTDA传感器测量初始值，以同一高度和同一频率开始锤击，所述FBG传感器实时监测，同时记录锤击数；钢管沉桩到设计高度后，暂停，BOTDA传感器开始测量，如此重复，直到钢管到达指定设计高度或者沉降已经趋于停止。
[0012]本发明中，FBG-BOTDA联合监测技术既可以精确获取监测点动静态数据又可以全面把握桩身应变发展趋势，既弥补了全分布式传感技术动态监测监测不足又弥补了点式传感器以点概面的误判。特别是随着解调技术的成熟，FBG与BOTDA传感器实现复利用，FBG-BOTDA联合监测技术利用前景十分广阔。文中管桩击入过程和接管过程中所反映的应变变化特点可以为管桩的设计、施工提供很好借鉴。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为FBG准分布式测量原理图；
[0014]图2为BOTDA全分布式测量原理图；
[0015]图3-A为BOTDA应变解调仪监测的应变原始数据图；
[0016]图3-B显示为奇异值检验后的数据经过Ellipse滤波后得到的数据图；
[0017]图3-C为滤波后的数据通过多项式拟合得到的可以用于数据分析的数据图；
[0018]图4-A为钢管尺寸图及传感光纤布设图；
[0019]图4-B为图4-A的横截面图；
[0020]图5为钢管沉桩过程图；
[0021 ]图6为打入44mmFBG波长图；
[0022]图7为打入80mmFBG波长图；
[0023]图8为打入103mmFBG波长图；
[0024]图9为打入105_后FBG波长图；
[0025]图10为BOTDA分布式光纤监测随桩深应变图；
[0026]图11为BOTDA与FBG暂停状态下桩身应变图。
【具体实施方式】
[0027]下面，參考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。
[0028]为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下” “左” “右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另ー个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
[0029]FBG 原理:
[0030]光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Gratting,简称FBG)是指利用掺杂(如锗、磷等光纤的光敏性，通过某种エ艺方法使外界入射光子和纤芯内的掺杂粒子相互作用，导致纤芯折射率沿纤轴方向周期性或非周期性的永久性变化，在纤芯内形成空间相位结构的光学器件，如图1所示，图中纤芯的明暗变化代表了折射率的周期变化。
[0031]光纤光栅的波长变化率与光栅所在位置的轴向应变与温度变化量有良好的线性关系，如式(I)所示:
[00321
【权利要求】
1.管桩击入土层的FBG-BOTDA联合传感器检测方法，其特征在于，该方法具体为:在管桩的表面，沿其长度方向设置有若干个F-B联合传感器,F-B联合传感器包括FBG传感器和BOTDA传感器，FBG传感器检测监测点在击入过程和接管过程的应变变化规律，以获取监测点动静态数据；同吋，BOTDA传感器监测管桩静止状态下桩身应变变化特征，以全面把握桩身应变发展趋势。
2.如权利要求1所述的管桩击入土层的FBG-B0TDA联合传感器检测方法，其特征在于，所述F-B联合传感器设置在所述管桩的表面与所述管桩的中轴面交合处的交线上。
3.如权利要求1所述的管桩击入土层的FBG-B0TDA联合传感器检测方法，其特征在于，所述F-B联合传感器中的所述FBG传感器和BOTDA传感器为一体设置来实现复利用，两者相互结合安装后在所述管桩表面形成一条检测线。
4.如权利要求2所述的管桩击入土层的FBG-B0TDA联合传感器检测方法，其特征在于，所述F-B联合传感器中的所述FBG传感器和BOTDA传感器为分体设置，所述FBG传感器设置在所述交线上，所述BOTDA传感器紧贴设置所述FBG传感器的两侧。
5.如权利要求4所述的管桩击入土层的FBG-B0TDA联合传感器检测方法，其特征在干，所述BOTDA传感器呈U型结构。
6.如权利要求1所述的管桩击入土层的FBG-B0TDA联合传感器检测方法，其特征在于，将各个所述FBG传感器、BOTDA传感器和解调仪相连接，BOTDA传感器測量初始值，以同一高度和同一频率开始锤击，所述FBG传感器实时监测，同时记录锤击数；钢管沉桩到设计高度后，暂停，BOTDA传感器开始测量，如此重复，直到钢管到达指定设计高度或者沉降已经趋于停止。
【文档编号】E02D33/00GK103437383SQ201310397789
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月4日 优先权日:2013年9月4日
【发明者】朱友群, 魏广庆, 施斌, 孙义杰 申请人:南京大学
【专利摘要】一种管桩击入土层的FBG-BOTDA联合传感器检测方法，具体为：在管桩的表面，沿其长度方向设置有若干个F-B联合传感器，F-B联合传感器包括FBG传感器和BOTDA传感器，FBG传感器检测监测点在击入过程和接管过程的应变变化规律，以获取监测点动静态数据；同时，BOTDA传感器监测管桩静止状态下桩身应变变化特征，以全面把握桩身应变发展趋势。本发明FBG-BOTDA联合监测既可以精确获取监测点动静态数据又可以全面把握桩身应变发展趋势，既弥补了全分布式传感技术动态监测监测不足又弥补了点式传感器以点概面的误判。特别是随着解调技术的成熟，FBG与BOTDA传感器实现复利用，FBG-BOTDA联合监测技术利用前景广阔。
【专利说明】管粧击入土层的FBG-BOTDA联合传感器检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及ー种管桩击入土层的FBG-BOTDA联合传感器检测方法。
【背景技术】
[0002]管桩作为ー种地基处理方法及桩基础形式，具有施工エ期短，施工方便，エ业化生产，对施工场地无污染，经济效益可观，适应性强等优点。但管桩在施工过程中常出现桩头破碎、桩身爆裂、桩身难以贯入等问题严重影响了管桩的推广和使用。如田集电厂一期工程地基采用の600X 110AB型PHC管桩，在前期烟囱基桩施打过程中，先打入的58根桩，13根桩在桩身入土至20?24m深度左右时，距桩尖4?6m处桩身发生破坏[2]。福州地区某五万吨级码头工程选用の1200大直径PHC管桩，沉桩后部分管桩管壁出现竖向裂缝等。
[0003]对于管桩桩基打入过程中的研究，常用方法有大应变法和电阻应变片法。大应变法对监测环境、传感器安装、桩顶状况、锤击高度、锤重等有比较高的要求，现场情况难以满足，其測量曲线和实际情况误差较大，有些地区质监站已经不认可该项检測。电阻应变片由于其长期稳定性差、成活率低、施工复杂、点式等缺点，不能很好的满足管桩击入过程的监测需要。
[0004]分布式光纤传感技术是近年来各国竞相研发的新一代检测技术，其分布式、长距离、耐久、抗干扰、施工方便等优点，越来越得到工程检测与监测部门的青睐，发展十分迅速。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种即可以精确获取监测点动静态数据，又可以全面把握桩身应变发展趋势的管桩击入土层的FBG-BOTDA联合传感器检测方法。
[0006]为实现上述目的，本发明管桩击入土层的FBG-BOTDA联合传感器检测方法，具体为:在管桩的表面，沿其长度方向设置有若干个F-B联合传感器，F-B联合传感器包括FBG传感器和BOTDA传感器，FBG传感器检测监测点在击入过程和接管过程的应变变化规律，以获取监测点动静态数据；同吋，BOTDA传感器监测管桩静止状态下桩身应变变化特征，以全面把握桩身应变发展趋势。
[0007]进ー步，所述F-B联合传感器设置在所述管桩的表面与所述管桩的中轴面交合处的交线上。
[0008]进ー步，所述F-B联合传感器中的所述FBG传感器和BOTDA传感器为一体设置来实现复利用，两者相互结合安装后在所述管桩表面形成一条检测线。
[0009]进ー步，所述F-B联合传感器中的所述FBG传感器和BOTDA传感器为分体设置，所述FBG传感器设置在所述交线上，所述BOTDA传感器紧贴设置所述FBG传感器的两侧。
[0010]进ー步，所述BOTDA传感器呈U型结构。
[0011 ] 进ー步，将各个所述FBG传感器、BOTDA传感器和解调仪相连接，BOTDA传感器测量初始值，以同一高度和同一频率开始锤击，所述FBG传感器实时监测，同时记录锤击数；钢管沉桩到设计高度后，暂停，BOTDA传感器开始测量，如此重复，直到钢管到达指定设计高度或者沉降已经趋于停止。
[0012]本发明中，FBG-BOTDA联合监测技术既可以精确获取监测点动静态数据又可以全面把握桩身应变发展趋势，既弥补了全分布式传感技术动态监测监测不足又弥补了点式传感器以点概面的误判。特别是随着解调技术的成熟，FBG与BOTDA传感器实现复利用，FBG-BOTDA联合监测技术利用前景十分广阔。文中管桩击入过程和接管过程中所反映的应变变化特点可以为管桩的设计、施工提供很好借鉴。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为FBG准分布式测量原理图；
[0014]图2为BOTDA全分布式测量原理图；
[0015]图3-A为BOTDA应变解调仪监测的应变原始数据图；
[0016]图3-B显示为奇异值检验后的数据经过Ellipse滤波后得到的数据图；
[0017]图3-C为滤波后的数据通过多项式拟合得到的可以用于数据分析的数据图；
[0018]图4-A为钢管尺寸图及传感光纤布设图；
[0019]图4-B为图4-A的横截面图；
[0020]图5为钢管沉桩过程图；
[0021 ]图6为打入44mmFBG波长图；
[0022]图7为打入80mmFBG波长图；
[0023]图8为打入103mmFBG波长图；
[0024]图9为打入105_后FBG波长图；
[0025]图10为BOTDA分布式光纤监测随桩深应变图；
[0026]图11为BOTDA与FBG暂停状态下桩身应变图。
【具体实施方式】
[0027]下面，參考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。
[0028]为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下” “左” “右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另ー个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
[0029]FBG 原理:
[0030]光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Gratting,简称FBG)是指利用掺杂(如锗、磷等光纤的光敏性，通过某种エ艺方法使外界入射光子和纤芯内的掺杂粒子相互作用，导致纤芯折射率沿纤轴方向周期性或非周期性的永久性变化，在纤芯内形成空间相位结构的光学器件，如图1所示，图中纤芯的明暗变化代表了折射率的周期变化。
[0031]光纤光栅的波长变化率与光栅所在位置的轴向应变与温度变化量有良好的线性关系，如式(I)所示:
[00321
【权利要求】
1.管桩击入土层的FBG-BOTDA联合传感器检测方法，其特征在于，该方法具体为:在管桩的表面，沿其长度方向设置有若干个F-B联合传感器,F-B联合传感器包括FBG传感器和BOTDA传感器，FBG传感器检测监测点在击入过程和接管过程的应变变化规律，以获取监测点动静态数据；同吋，BOTDA传感器监测管桩静止状态下桩身应变变化特征，以全面把握桩身应变发展趋势。
2.如权利要求1所述的管桩击入土层的FBG-B0TDA联合传感器检测方法，其特征在于，所述F-B联合传感器设置在所述管桩的表面与所述管桩的中轴面交合处的交线上。
3.如权利要求1所述的管桩击入土层的FBG-B0TDA联合传感器检测方法，其特征在于，所述F-B联合传感器中的所述FBG传感器和BOTDA传感器为一体设置来实现复利用，两者相互结合安装后在所述管桩表面形成一条检测线。
4.如权利要求2所述的管桩击入土层的FBG-B0TDA联合传感器检测方法，其特征在于，所述F-B联合传感器中的所述FBG传感器和BOTDA传感器为分体设置，所述FBG传感器设置在所述交线上，所述BOTDA传感器紧贴设置所述FBG传感器的两侧。
5.如权利要求4所述的管桩击入土层的FBG-B0TDA联合传感器检测方法，其特征在干，所述BOTDA传感器呈U型结构。
6.如权利要求1所述的管桩击入土层的FBG-B0TDA联合传感器检测方法，其特征在于，将各个所述FBG传感器、BOTDA传感器和解调仪相连接，BOTDA传感器測量初始值，以同一高度和同一频率开始锤击，所述FBG传感器实时监测，同时记录锤击数；钢管沉桩到设计高度后，暂停，BOTDA传感器开始测量，如此重复，直到钢管到达指定设计高度或者沉降已经趋于停止。
【文档编号】E02D33/00GK103437383SQ201310397789
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月4日 优先权日:2013年9月4日
【发明者】朱友群, 魏广庆, 施斌, 孙义杰 申请人:南京大学
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