變載光纖應變巖溶塌陷過程模擬試驗系統技術方案

本發明專利技術公開了一種變載光纖應變巖溶塌陷過程模擬試驗系統，包括應變儀和試驗裝置，試驗裝置包括支撐機構、測量機構和光纖固定機構，其中：支撐機構包括連接在一起構成一個正方形或長方形的左、右支架和上、下支架；測量機構包括機械百分表、異形掛鉤以及砝碼；光纖固定機構包括左側光纖固定裝置、右側光纖固定裝置和光纖，所述左側、右側光纖固定裝置結構相同，均包括移動座、滾輪、連接臂以及用于固定滾輪的緊固件，光纖的一端纏繞于左側光纖固定裝置中的滾輪上，另一端依次穿過異形掛鉤上后纏繞于右側光纖固定裝置中的滾輪上；所述光纖的一個端頭與應變儀相接。該試驗系統可增加載點和變荷載，以滿足模擬不同載荷下概化模型的巖溶塌陷試驗。

【技術實現步驟摘要】
變載光纖應變巖溶塌陷過程模擬試驗系統
本專利技術涉及巖溶塌陷監測
，具體涉及一種變載光纖應變巖溶塌陷過程模擬試驗系統。
技術介紹
我國巖溶分布廣泛，約占國土面積的1/3，這些地區地質環境脆弱，隨著人類活動的頻繁，面臨的巖溶地質災害問題日益突出，特別是巖溶塌陷問題，已經成為巖溶地區面臨的主要地質災害之一。巖溶塌陷具有發生隨機、形成隱蔽、時空不確定的特點，傳統的監測技術方法成本高、難精確定位、監測范圍有限難以滿足需求，而分布式光纖傳感技術可以實現對外部物理參量變化進行連續測量，同時獲取其空間分布和隨時間變化信息的特點，能夠系統進行大范圍、連續監測。近年來，分布式光纖傳感技術做為國際上最具價值的監測技術手段在建筑物結構安全監測、巖土工程監測等方面有大量應用，但在地質災害領域還處在研究階段，在巖溶塌陷方面更是鮮有報道，僅僅在試驗方面進行了探索。巖溶塌陷因其發生的隱蔽性，傳統的試驗研究手段難以直觀地對巖溶塌陷過程進行有效研究，目前也尚未發現有能夠通過改變荷載以滿足模擬不同載荷條件下概化模型的巖溶塌陷過程模擬試驗系統。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種變載光纖應變巖溶塌陷過程模擬試驗系統。該試驗系統可采用增加或減少異形掛鉤的數量來增加載點和變荷載，可以滿足模擬不同載荷條件下概化模型的巖溶塌陷試驗。本專利技術所述的變載光纖應變巖溶塌陷過程模擬試驗系統，包括應變儀和試驗裝置，所述的試驗裝置包括支撐機構、測量機構和光纖固定機構，其中:所述的支撐機構包括呈垂直方向設置的左支架和右支架，呈水平方向設置的上支架和下支架，所述的左支架、右支架、上支架和下支架相互連接在一起構成一個正方形或長方形；所述的測量機構包括通過表架安裝在上支架上的若干個機械百分表、與機械百分表數量相當的異形掛鉤以及放置于異形掛鉤上的砝碼，所述異形掛鉤的一端具有兩個開口在水平方向上且開口相背離的“U”形槽，其中靠近于異形掛鉤端頭處的“U”形槽為第一“U”形槽，位于第一“U”形槽下方的為第二“U”形槽，在第一“U”形槽靠近異形掛鉤端頭一側的內側壁上開設有第三“U”形槽，所述機械百分表的測量頭卡接于該第三“U”形槽中；所述異形掛鉤的另一端具有可放置砝碼的平臺，所述的砝碼放置于該平臺上；所述的光纖固定機構包括左側光纖固定裝置、右側光纖固定裝置和光纖，所述的左側光纖固定裝置和右側光纖固定裝置的結構相同，均包括移動座、滾輪、連接臂以及設置于連接臂上用于固定滾輪的緊固件，其中，所述滾輪的中心設置有軸承，其圓周面上開設有向滾輪中心凹進的光纖纏繞槽，在光纖纏繞槽的底部開設有導向槽，所述的緊固件為螺釘、螺栓或定位銷；所述的移動座安裝于左支架或右支架上，所述連接臂的一端通過可拆卸連接的方式安裝在移動座上，其另一端則與滾輪上的軸承相連接；所述的光纖的一端纏繞于左側光纖固定裝置中的滾輪上，另一端依次穿過測量機構中的異形掛鉤上的第二 “U”形槽后纏繞于右側光纖固定裝置中的滾輪上；所述光纖其中的一個端頭與所述的應變儀相連接。上述試驗系統的試驗裝置中，所述的左支架、右支架、上支架和下支架之間的連接方式可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，優選為可拆卸連接。在進行實際的測試時，左支架和右支架應分別與上支架和下支架相垂直。當它們采用可拆卸連接的方式時，為了使整個試驗系統能夠實現在不同跨度與不同載荷條件下模擬不同載荷條件下概化模型的巖溶塌陷試驗，優選是在上支架上開設一與其自身平行的跨度調節槽，在下支架上開設若干個定位孔或一與其自身平行的定位槽，此時，所述左支架的一端和右支架的一端均分別通過可拆卸連接的方式安裝于所述的跨度調節槽中，所述左支架的另一端和右支架的另一端均分別通過可拆卸連接的方式安裝于所述的定位孔或定位槽中。上述試驗裝置中，優選是將異形掛鉤上的第二 “U”形槽的靠近第一 “U”形槽一側的內側壁設計成弧形，以使光纖能更好的卡于所述的第二 “U”形槽中而不滑動或彈出。為了進一步確保纏繞于滾輪上的光纖不從滾輪上彈出，所述的光纖固定機構優選還包括兩個用以夾持固定光纖的夾具，所述的夾具通過螺栓固定于所述的移動座上。為了使本試驗裝置能更穩固的置放于地面上，所述的試驗裝置還包括底座機構，所述的底座機構包括左側固定底座和右側固定底座，其中左側固定底座與左支架的底端固接或可拆卸連接，右側固定底座與右支架的底端固接或可拆卸連接。在進行實際測試時，左側光纖固定裝置中的滾輪和右側光纖固定裝置中的滾輪需要在同一高度上，為了能方便地調節上述兩個滾輪的高度，優選是在左支架開設一其自身平行的移動槽，并在右支架上也開設一與其自身平行的移動槽，從而將左側光纖固定裝置中的移動座通過可拆卸連接的方式安裝于左支架上的移動槽中，將右側光纖固定裝置中的移動座通過可拆卸連接的方式安裝于右支架上的移動槽中。上述技術方案中，所述的表架通常為普通表架、萬能表架或磁力表座,優選為磁力表座。上述技術方案中，所述的可拆卸連接可以是現有技術中常用的可拆卸連接方式，具體可以是螺栓連接、螺柱連接、螺釘連接或銷連接。上述技術方案中，所述的光纖儀可以是現有技術中常用的光纖儀，具體可以是光纖應變分析儀AQ8603 (為日本橫河公司(Ando Electric C0.，Ltd.)生產)。與現有技術相比，本專利技術所述的試驗系統的特點在于:1、本試驗系統可采用增加或減少異形掛鉤的數量來增加載點和變荷載，可以滿足模擬不同載荷條件下概化模型的巖溶塌陷試驗。2、進一步地，通過在上支架上設置跨度調節槽，同時在下支架上設置定位孔或定位槽，可對左支架和右支架之間的跨度進行任意控制，實現對一定距離內(根據需要設置)的多跨度塌陷力學過程的概化模擬試驗。3、本試驗系統成本低、安裝操作方便簡單、節能，可模擬多跨度變載荷巖溶塌陷過程模擬試驗。【附圖說明】圖1為本專利技術所述的變載光纖應變巖溶塌陷過程模擬試驗系統的一種實施方式的結構不意圖；圖2為圖1實施方式中異形掛鉤的結構示意圖；圖3為應用圖1所示系統，當光纖為普通通信光纖時受單一定荷載不同跨度規模條件下巖溶塌陷過程模擬測試結果；其中 表示左支架和右支架間距為1.0m時，載荷為OKg時的模擬測試結果，* 表示左支架和右支架間距為1.0m時，載荷為2Kg時的模擬測試結果，*:表示左支架和右支架間距為1.5m時，載荷為2Kg時的模擬測試結果， * 表示左支架和右支架間距為2.0m時,載荷為2Kg時的模擬測試結果，X 表示左支架和右支架間距為2.4m時，載荷為2Kg時的模擬測試結果；圖4為應用圖1所示系統，當光纖為GFRP鎧裝光纖時同一跨度條件下不同單一載荷條件下巖溶塌陷過程模擬測試結果；其中。表示左支架和右支架間距為2m時，載荷為0.5Kg時的模擬測試結果，? 表示左支架和右支架間距為2m時，載荷為IKg時的模擬測試結果，* 表示左支架和右支架間距為2m時，載荷為2Kg時的模擬測試結果， ψ.表不左支架和右支架間距為2m時,載荷為3Kg時的模擬測試結果，x:表不左支架和右支架間距為2m時，載荷為5Kg時的模擬測試結果。圖中標號為:I機械百分表；2異形掛鉤；2_1第一“U”形槽'2-2第二“U”形槽；2_3第三“U”形槽；2-4平臺；2-5連桿；3砝碼；4上支架；5跨度調節槽；6螺栓；7夾具；8滾輪；9移本文檔來自技高網...

【技術保護點】
變載光纖應變巖溶塌陷過程模擬試驗系統，包括應變儀(23)和試驗裝置，其特征在于：所述的試驗裝置包括支撐機構、測量機構和光纖固定機構，其中：所述的支撐機構包括呈垂直方向設置的左支架(12)和右支架(13)，呈水平方向設置的上支架(4)和下支架(14)，所述的左支架(12)、右支架(13)、上支架(4)和下支架(14)相互連接在一起構成一個正方形或長方形；所述的測量機構包括通過表架安裝在上支架(4)上的若干個機械百分表(1)、與機械百分表(1)數量相當的異形掛鉤(2)以及放置于異形掛鉤(2)上的砝碼(3)，所述異形掛鉤(2)的一端具有兩個開口在水平方向上且開口相背離的“U”形槽，其中靠近于異形掛鉤(2)端頭處的“U”形槽為第一“U”形槽(2?1)，位于第一“U”形槽(2?1)下方的為第二“U”形槽(2?2)，在第一“U”形槽2?1靠近異形掛鉤(2)端頭一側的內側壁上開設有第三“U”形槽(2?3)，所述機械百分表(1)的測量頭卡接于該第三“U”形槽(2?3)中；所述異形掛鉤(2)的另一端具有可放置砝碼(3)的平臺(2?4)，所述的砝碼(3)放置于該平臺(2?4)上；所述異形掛鉤(2)其中一個端頭上的第二“U”形槽(2?2)與其另一端頭上的平臺(2?4)之間由一連桿(2?5)連接；所述的光纖固定機構包括左側光纖固定裝置、右側光纖固定裝置和光纖(22)，所述的左側光纖固定裝置和右側光纖固定裝置的結構相同，均包括移動座(9)、滾輪(8)、連接臂(18)以及設置于連接臂(18)上用于固定滾輪(8)的緊固件，其中，所述滾輪(8)的中心設置有軸承10，其圓周面上開設有向滾輪(8)中心凹進的光纖纏繞槽，在光纖纏繞槽的底部開設有導向槽，所述的緊固件為螺釘(11)、螺栓(6)或定位銷(15)；所述的移動座(9)安裝于左支架(12)或右支架(13)上，所述連接臂(18)的一端通過可拆卸連接的方式安裝在移動座(9)上，其另一端則與滾輪(8)上的軸承(10)相連接；所述的光纖(22)的一端纏繞于左側光纖固定裝置中的滾輪(8)上，另一端依次穿過測量機構中的異形掛鉤(2)上的第二“U”形槽(2?2)后纏繞于右側光纖固定裝置中的滾輪(8)上；所述光纖(22)其中的一個端頭與所述的應變儀(23)相連接。...

【技術特征摘要】
1.變載光纖應變巖溶塌陷過程模擬試驗系統，包括應變儀(23)和試驗裝置，其特征在于:所述的試驗裝置包括支撐機構、測量機構和光纖固定機構，其中: 所述的支撐機構包括呈垂直方向設置的左支架(12)和右支架(13)，呈水平方向設置的上支架(4)和下支架(14)，所述的左支架(12)、右支架(13)、上支架(4)和下支架(14)相互連接在一起構成一個正方形或長方形； 所述的測量機構包括通過表架安裝在上支架(4)上的若干個機械百分表(I)、與機械百分表(I)數量相當的異形掛鉤(2)以及放置于異形掛鉤(2)上的砝碼(3)，所述異形掛鉤(2)的一端具有兩個開口在水平方向上且開口相背離的“U”形槽，其中靠近于異形掛鉤(2)端頭處的“U”形槽為第一 “U”形槽(2-1)，位于第一 “U”形槽(2-1)下方的為第二 “U”形槽(2-2)，在第一“U”形槽2-1靠近異形掛鉤(2)端頭一側的內側壁上開設有第三“U”形槽(2-3)，所述機械百分表(I)的測量頭卡接于該第三“U”形槽(2-3)中；所述異形掛鉤(2)的另一端具有可放置砝碼(3)的平臺(2-4)，所述的砝碼(3)放置于該平臺(2-4)上；所述異形掛鉤(2)其中一個端頭上的第二“U”形槽(2-2)與其另一端頭上的平臺(2-4)之間由一連桿(2-5)連接； 所述的光纖固定機構包括左側光纖固定裝置、右側光纖固定裝置和光纖(22)，所述的左側光纖固定裝置和右側光纖固定裝置的結構相同，均包括移動座(9)、滾輪(8)、連接臂(18)以及設置于連接臂(18)上用于固定滾輪⑶的緊固件，其中，所述滾輪⑶的中心設置有軸承10，其圓周面上開設有向滾輪(8)中心凹進的光纖纏繞槽，在光纖纏繞槽的底部開設有導向槽，所述的緊固件為螺釘(11)、螺栓(6)或定位銷(15);所述的移動座(9)安裝于左支架(12)或右支架(13)上，所述連接臂(18)的一端通過可拆卸連接的方式安裝在移動座(9)上，其另一端則與滾輪(8)上的軸承(10)相連接；所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：管振德，蔣小珍，雷明堂，蒙彥，戴建玲，羅偉權，賈龍，吳遠斌，覃有強，姜伏偉，
申請(專利權)人：中國地質科學院巖溶地質研究所，
類型：發明
國別省市：廣西;45