01

概述

OFDR分布式光纖應(yīng)變測量技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域，如橋梁、管道以及大壩等構(gòu)筑物的變形監(jiān)測，但應(yīng)用于土體變形監(jiān)測的研究較少。本文借助壓實粘土梁四點彎曲試驗，通過在土體內(nèi)部植入應(yīng)變感測光纜，監(jiān)測土體內(nèi)部的變形信息，驗證了OSI分布式光纖感測技術(shù)應(yīng)用于土體變形測量的可行性，并討論了實際工程應(yīng)用中存在的關(guān)鍵問題。

02

測試過程

本文所用壓實粘土梁長360mm、橫截面80mm。當(dāng)粘土梁堆積至20、40和60mm的高度（在圖1中標(biāo)記為H1、H2和H3）時，將光纖鋪設(shè)在模型上表面，然后通過側(cè)壁上的通孔連接到OSI解調(diào)儀。光纖在安裝過程中需保持輕微的拉伸，以提高其對壓縮變形的敏感性。

(A)試驗裝置圖；(B) 試驗裝置及監(jiān)測方案示意圖 (單位：mm)
圖1 彎曲試驗裝置

試驗裝置如圖1所示，試驗詳情見表1。C1測試研究粘土在加載-卸載條件下的力學(xué)行為。此外，對M1組中每級加載后的應(yīng)變進(jìn)行了兩次采集，兩次讀數(shù)的間隔是三分鐘。

表1 試驗方案

03

測試結(jié)果

梁在特定位置的應(yīng)變分布如圖2所示，傳感光纖的位置和選定的分析點如圖2D所示。

圖2 土梁ML1的應(yīng)變發(fā)展過程
(A)H1；(B)H2；(C)H3；(D)興趣點和光纖位置示意圖

在初始加載階段，粘土的壓縮應(yīng)變隨荷載呈線性增加。中性軸上方的粘土處于壓縮狀態(tài)，而下方處于拉伸狀態(tài)，中性軸位于半高以下，隨著載荷的增加，中性軸上移。

當(dāng)加載到62.75N時，H1的應(yīng)變測量值急劇下降，隨后裂紋萌生。H2層在初始階段處于壓縮狀態(tài)，表明中性軸低于半高。H3的應(yīng)變測量如圖2C所示。140、180和220mm處的拉伸應(yīng)變的變化趨勢與100mm和260mm處的不同。這種差異也被認(rèn)為是由應(yīng)力集中造成的。

當(dāng)荷載達(dá)到62.75N時，梁的底部開始產(chǎn)生拉裂，并延伸到梁的頂部。由于傳感光纖與周圍土體之間的耦合減弱，拉應(yīng)變的增加受到了限制。隨后，拉伸區(qū)發(fā)生塑性變形，拉伸區(qū)范圍逐漸擴(kuò)大，呈現(xiàn)為中性軸上移。隨著荷載的持續(xù)增加，拉伸區(qū)的粘土達(dá)到其屈服點。之后，梁底部出現(xiàn)裂縫。

完整測試過程及結(jié)果，詳見OFDR監(jiān)測壓實黏土梁的彎曲行為（可點擊）。

來源：Geotechnical Testing Journal, 45(3), 627-643.

題名：Monitoring flexure behavior of compacted clay beam using high-resolution distributed fiber optic strain sensors

作者：李豪杰，朱鴻鵠*，張春新，Reddy, N. G., 吳海穎