基于光纤Bragg光栅传感技术的锚杆应力分布规律研究

摘要

锚杆支护是目前岩土工程中普遍应用的支护技术,经济、高效、安全,决定了其在工程领域的应用不断深入。研究锚杆的应力分布规律,是更好的研究锚杆支护理论的前提,也是我们积极探索锚固质量监测方法的理论基础。
　　本文对目前的锚固质量监测方法进行了简单介绍,引入了分布式光纤Bragg光栅监测方法。在分析锚杆受力的基础上,提出了光纤Bragg光栅监测锚杆应力的实验方法。为了确保实验中的锚固力是由岩体、锚固剂、锚杆共同作用产生,在实验室中模拟工程施工中全锚的安装方法,并对其进行了可行性试验。并在室内进行了全锚和端锚两次拉拔实验,实验过程中锚杆杆体上黏贴3个光纤光栅传感器,监测锚杆杆体的应变。基体外围黏贴5组应变片,监测拉拔过程中基体的应变。
　　实验结果表明,光纤Bragg光栅监测的锚杆应力分布规律与理论分析相吻合,基体的应变变化与锚杆的应变变化相似。通过高斯函数拟合的锚杆轴力分布图与实测图相近,并通过对拟合系数的分析,得出在锚杆失效前,拟合系数出现转折,由此可以通过对锚杆应力分布的监测来对实现对锚杆的锚固质量监测。由于光纤Bragg光栅监测系统的自身特点,可以实现24小时在线监测,因此以后可广泛应用于岩土工程中的支护质量监测,并可在锚杆失效前进行预警。

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1 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 锚杆应力分布国内外研究现状

1.3 锚杆检测技术国内外研究现状

1.4 论文研究内容和方法

2 光纤Bragg光栅锚杆检测原理

2.1 锚杆受力分析

2.2 光纤Bragg光栅传感原理

2.3 光纤Bragg光栅轴向应变传感特性

2.4 光纤光栅温度传感原理

2.5 光纤光栅监测锚杆原理

2.6 本章小结

3 锚杆拉拔实验设计

3.1 实验设计思路

3.2 实验中基体模型的相似材料配比选择

3.3 基体模型制作

3.4 全长锚固安装工艺

3.5 端部锚固安装工艺

3.6 锚杆监测系统

3.7 光栅锚杆测力传感器的标定

3.8 本章小结

4 锚杆拉拔实验及结果

4.1 全长锚固拉拔实验

4.2 端部锚固拉拔实验

4.3 本章小结

5 锚杆应力分布规律

5.1 全长锚固锚杆应力分布规律

5.2 端部锚固锚杆应力分布规律

5.3 本章小结

6 结论

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献