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案例分享:OFDR監測壓實黏土梁的彎曲行為

昊衡科技 ? 2022-07-22 11:33 ? 次閱讀

01

概述

OFDR分布式光纖應變測量技術已被廣泛應用于結構健康監測領域,如橋梁、管道以及大壩等構筑物的變形監測,但應用于土體變形監測的研究較少。本文借助壓實粘土梁四點彎曲試驗,通過在土體內部植入應變感測光纜,監測土體內部的變形信息,驗證了OSI分布式光纖感測技術應用于土體變形測量的可行性,并討論了實際工程應用中存在的關鍵問題。

02

測試過程

本文所用壓實粘土梁長360mm、橫截面80mm。當粘土梁堆積至20、40和60mm的高度(在圖1中標記為H1、H2和H3)時,將光纖鋪設在模型上表面,然后通過側壁上的通孔連接到OSI解調儀。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。

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(A)試驗裝置圖;(B) 試驗裝置及監測方案示意圖 (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-卸載條件下的力學行為。此外,對M1組中每級加載后的應變進行了兩次采集,兩次讀數的間隔是三分鐘。

表1 試驗方案

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03

測試結果

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

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圖2 土梁ML1的應變發展過程
(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,粘土的壓縮應變隨荷載呈線性增加。中性軸上方的粘土處于壓縮狀態,而下方處于拉伸狀態,中性軸位于半高以下,隨著載荷的增加,中性軸上移。

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

當荷載達到62.75N時,梁的底部開始產生拉裂,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,拉應變的增加受到了限制。隨后,拉伸區發生塑性變形,拉伸區范圍逐漸擴大,呈現為中性軸上移。隨著荷載的持續增加,拉伸區的粘土達到其屈服點。之后,梁底部出現裂縫。

完整測試過程及結果,詳見OFDR監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

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