岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (6): 1755-1764.doi: 10.16285/j.rsm.2020.1673

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基于光纤传感技术的土工格栅应变监测机制研究

洪成雨1, 2，杨强1, 2，赵勇3，陈登伟3，喻伟3   

  1. 1. 深圳大学 土木与交通工程学院，广东 深圳 518060；2. 深圳大学 未来地下城市研究院，广东 深圳 518060； 3. 中铁南方投资集团有限公司，广东 深圳518000
  • 收稿日期:2020-11-08 修回日期:2021-04-14 出版日期:2021-06-11 发布日期:2021-06-16
  • 通讯作者: 杨强，男，1998年生，硕士研究生，主要从事光纤传感技术方面的研究。E-mail: yangqiang0737@163.com E-mail:cyhong@szu.edu.cn
  • 作者简介:洪成雨，男，1982年生，博士，副教授，主要从事岩土工程监测方面的研究
  • 基金资助:
    国家自然科学基金（No.U2034204）；国家自然科学基金面上项目（No.52078303）。

Strain monitoring mechanism of geogrids based on optical fiber sensing technology

HONG Cheng-yu1, 2, YANG Qiang1, 2, ZHAO Yong3, CHEN Deng-wei3, YU Wei3   

  1. 1. College of Civil and Transportation Engineering, Shenzhen University, Shenzhen, Guangdong 518060, China; 2. Underground Polis Academy, Shenzhen University, Shenzhen, Guangdong 518060, China; 3. China Railway Southern Investment Group Co., Ltd., Shenzhen, Guangdong 518000, China
  • Received:2020-11-08 Revised:2021-04-14 Online:2021-06-11 Published:2021-06-16
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (U2034204) and the General Program of National Natural Science Foundation of China (52078303).

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摘要： 光纤布拉格光栅（fiber Bragg grating，FBG）传感器是测量土工格栅表面应变的一种重要方法，由于胶结层的存在使得土工格栅的真实应变和FBG传感器所测得的应变之间存在一个应变传递系数。以表面粘贴式裸光纤光栅为研究对象，通过建立光纤层?胶结层?基体层的理论模型，推导出了光纤层与基体层之间的应变传递公式，分析了各材料参数对应变传递系数和平均应变传递系数的影响。通过室内拉伸试验与验证试验验证了应变传递理论的正确性。结果表明：真实值与理论值的最大误差在15%左右。通过参数分析得：各材料参数对平均应变传递系数的影响程度从大到小依次为光纤光栅粘贴长度、胶结层厚度、基体层剪切模量、胶结层宽度和胶结层剪切模量，分别占33%、23%、20%、13%和11%。

关键词: 光纤布拉格光栅, 土工格栅, 胶结层, 应变传递

Abstract: The fiber Bragg grating (FBG) sensor is an important tool to measure the surface strain of geogrid. There is a strain transfer coefficient between the real strain of geogrid and the strain measured by FBG sensor due to the existence of adhesive layer. In this study, by taking surface-bonded bare fiber Bragg grating as the research object, the strain transfer formula between fiber layer and matrix layer is derived by establishing the theoretical model of fiber layer, adhesive layer and matrix layer. In addition, the effects of material parameters on the strain transfer coefficient and the average strain transfer coefficient are analyzed. Then, through laboratory tensile test and verification test, the correctness of this newly proposed theory for strain transfer is verified. The results show that the maximum error between the measured value and the theoretical value is about 15%. According to the parameter analysis, the influence of different material parameters on the average strain transfer coefficient can be arranged in a descending order as follows: the FBG bond length, the thickness of the adhesive layer, the shear modulus of the matrix layer, the width of adhesive layer and the shear modulus of adhesive layer, accounting for 33%, 23%, 20%, 13% and 11% respectively.

Key words: fiber Bragg grating, geogrid, adhesive layer, strain transfer

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