微型FBG土压力传感器的优化设计及其模型试验应用研究

作者:王正方[1] 王静[1] 隋青美[1,2] 叶青霖[1] 贾磊[1] 李术才[3] 刊名:工程地质学报 上传者:党夏妮

【摘要】本文针对地质力学模型试验,特别是针对含水地质结构的模型试验中土压力测量的不足,利用光纤光栅体积小、易封装、防水抗腐蚀、防电磁干扰等特点,基于短栅距光纤布拉光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)设计了适用于地质力学模型试验的微型FBG土压力传感器.采用有限元力学仿真对传感器的膜片尺寸、传感器厚径比进行优化,得到传感器在0~1MPa土压力测量范围内,直径20mm、高度为0.2mm的圆平膜片灵敏度高且不易造成FBG光谱畸变,厚径比为0.16(H4mm/D:25mm)的传感器测量结果更可靠且对被测岩土介质影响较小.标定试验表明,传感器在0~1MPa压力范围内具有很好的重复性与一致性.将该传感器应用于海底隧道模型试验,监测隧道开挖过程的围岩应力释放规律,该传感器很好地监测了隧道从迅速失稳到逐渐稳定的变化过程,从而证明了设计的微型FBG应用于模型试验的可行性.

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