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 王静 隋青美 叶青霖 贾磊 李术才 WANG Zhengfang;WANG Jing;SUI Qingmei;YE Qinglin;JIA Lei;LI Shucai

作者机构：山东大学光纤传感技术与工程研究中心济南250061 山东大学苏州研究院苏州215123 山东大学岩土与结构研究中心济南250061 

基　　金：国家自然科学基金项目(41472260) 国家自然科学基金项目(41202206) 苏州市科技计划项目(SYG201306)资助 

出 版 物：《工程地质学报》 (Journal of Engineering Geology)

年 卷 期：2015年第23卷第6期

页      码：1085-1092页

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.

主 题 词：光纤布拉格光栅 土压力传感器 模型试验 厚径比优化 

学科分类：081803[081803] 08[工学] 0818[工学-交通运输类] 

核心收录：

D　O　I：10.13544/j.cnki.jeg.2015.06.008

馆 藏 号：203139718...