桩基静载过程中OFDR温度补偿试验研究_秦仕伟.pdf
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1、第41卷 第4期2023年4月河 南 科 学HENAN SCIENCEVol.41 No.4Apr.2023收稿日期:2022-09-24基金项目:国家自然科学基金(52027812);陕西省重点研发计划(2021SF-465);中央高校基本科研业务费专项资金资助(B210202047,B210204020)作者简介:秦仕伟(1987-),男,工程师,硕士研究生,主要从事工程勘察与设计方面的研究通信作者:高磊(1984-),男,副教授,博士,主要从事工程地质和环境岩土方面的研究文章编号:1004-3918(2023)04-0547-05桩基静载过程中OFDR温度补偿试验研究秦仕伟1,高磊2,钱
2、继奔2,韦兵兵2,徐中权2(1.信息产业部电子综合勘察研究院,西安710054;2.河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,南京210024)摘要:桩基静载试验是一种准确、可靠的桩基承载力测试试验,通过静载试验中桩身变形的测试,有利于分析桩基变形和承载特性.在桩基静载试验过程中,采用光频域反射(OFDR)技术开展桩基变形测试,考虑到温度的影响,对OFDR技术测得应变结果进行了温度补偿.结果显示:在本次试验中,用于温度补偿的温度传感光纤应变值随着桩顶上部加载出现了较大的变化,其原因是光纤传感器与钢筋笼之间绑扎过于紧密.对比进行温度补偿和不进行温度补偿的桩身应变数据,发现不做温度补偿造成的影
3、响不能忽略,因此应变传感光纤测试结果必须进行温度补偿.研究结果可为桩基变形高精度监测提供科学参考.关键词:桩基静载试验;桩身变形监测;光频域反射技术;温度补偿中图分类号:TU 441文献标识码:AExperimental Study on Temperature Compensation Based on OFDRTechnology in Static Load Test of Pile FoundationQIN Shiwei1,GAO Lei2,QIAN Jiben2,WEI Bingbing2,XU Zhongquan2(1.China Electronic Research Inst
4、itute of Investigation and Design,Xi an 710054,China;2.Key Laboratory of Ministry of Education for Geomechanics and Embankment Engineering,Hohai University,Nanjing 210024,China)Abstract:The static load test of pile foundation is an accurate and reliable test of bearing capacity of pilefoundation.The
5、 test of pile deformation in static load test is useful to analyze the deformation and bearingcharacteristics of pile foundation.In the process of pile foundation static load test,the optical frequency domain reflection(OFDR)technology is used to measure pile foundation deformation.Considering the i
6、nfluence of temperature,thestrain results measured by OFDR technology are temperature compensated.The results show that:in this test,thestrain value of temperature sensing optic fiber sensor used for temperature compensation has changed greatlywith the load on the top of the pile,which is due to the
7、 tight binding between the optic fiber sensor and thereinforcement cage.Comparing the pile strain data with and without temperature compensation,it is found that theimpact caused by without temperature compensation cannot be ignored,the strain sensing optic fiber test result mustbe temperature compe
8、nsated.The results can provide scientific reference for high-precision monitoring of pilefoundation deformation.Key words:static load test of pile foundation;pile deformation monitoring;OFDR technology;temperaturecompensation第41卷 第4期河 南 科 学2023年4月桩基静载试验通过在桩基上部施加竖向荷载,获得桩基竖向沉降、桩基轴力等信息,进而得出桩基的竖向承载力1-3.
9、进行桩基静载试验时,对桩身变形进行测试有利于分析桩基变形和承载特性.目前,多使用钢筋轴力计对静载试验中的桩基变形进行测试,随着施工条件的复杂性和对工程质量的要求越来越高,传统的桩身变形监测方法已难以满足当前桩基变形测试的需要,亟需一种新型的测试技术.与传统测试方式相比,分布式纤传感技术具有集传感器与传输介质一体的特性,具有高精度监测、分布式测量、耐久性强、防水性能好等优点,可以对待测物体的应变与温度变化进行同时监测4-6.光频域反射技术(Optical Frequency Domain Reflectometer,OFDR)是一种基于光频域反射原理的新型光纤传感技术,OFDR技术具有高精度、高
10、分辨率和高扫描速度的优点.OFDR技术最大空间分辨率为1 mm,应变分辨率为1,温度分辨率为0.1,能在100 m有效范围内对物体做到全分布式高精度监测7.刘泉声等应用OFDR技术对隧道围岩的水平向应变进行连续监测8.杨晓蔚等采用OFDR技术对不连续管道在加荷条件下的竖向错开变形进行室内模型试验研究9.OFDR技术在对待测物体的应变进行监测中,待测物体的温度变化会导致布设在其上的应变传感光纤受到应变和温度的共同影响,存在交叉敏感问题10,可以在应变传感光纤的相邻位置布设用于温度补偿的松弛温度传感光纤,利用温度传感光纤所测温度变化的等效应变数据,对待测物体的应变进行温度补偿11-13.但是在一些
11、短期试验,如桩基静载试验中,通常情况不对应变传感光纤的监测结果进行温度补偿.朴春德等在灌注桩检测中发现地温场引起的桩身温度变化很小,且静载过程中温度补偿光纤的应变量相较于应变传感光纤的应变量值可以忽略不计,因此不进行温度补偿14;高磊等采用OFDR技术对灌注桩桩身变形进行高精度监测时,发现试验期间桩身温度变化仅在1 以内,属于正常温度波动,所以不用做温度补偿15.本文在桩基静载试验过程中,应用OFDR技术对桩身变形进行高精度监测时,发现用于温度补偿的温度传感光纤应变值随着桩顶上部加载出现了规律性的变化,分析了造成这种结果的原因,对比了进行温度补偿和不进行温度补偿的桩身应变信息.研究结果可为桩基
12、变形高精度监测提供科学参考.1桩基光纤温度补偿原理OFDR技术的基本原理为利用波频率扫描技术,运用外差干涉方法,将周期性线性波长扫描的光源通过耦合器接入参考臂和信号臂,参考臂的本振光和信号臂的背向瑞利散射信号发生拍频干涉,将干涉信号通过快速傅里叶变换(FFT)得到距离域上光纤的背向瑞利散射信号信息.外界应变和温度的变化会引起待测光纤中瑞利散射光谱的移动,而瑞利散射光谱的移动量与待测光纤的变形和温度变化量成线性比例关系,因此通过测量瑞利散射的漂移量,可以得到待测光纤的轴向应变及温度变化.待测光纤发生应变和温度变化时,系统测量的瑞利散射漂移量如下式(1)16所示:v=v+vT,(1)式中:v为光谱
13、总偏移量;v为应变变化导致光谱偏移;vT为温度变化导致光谱偏移,单位为GHz.应变导致光谱偏移量和温度导致光谱偏移量分别与应变和温度变化量的关系如下式(2)(3)16所示.仅由光纤温度变化产生的光纤温度应变可以通过温度-温度应变转换关系式(4)18获得.v=C+,(2)vT=CTT,(3)T=CTC+T.(4)式中:CT表示温度灵敏系数,GHz/;C为应变灵敏系数,GHz/;T为相对温度变化量,;为应变变化量,.本试验所用温度传感光纤温度灵敏系数CT=5.618 GHz/、应变灵敏系数C=0.152 GHz/.试验中可以在待测物体上分别埋入紧包的应变传感光纤和松弛的温度传感光纤,应变传感光纤测
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