01

概述

OFDR分布式光纖應變測量技術已被廣泛應用于結構健康監測領域，如橋梁、管道以及大壩等構筑物的變形監測，但應用于土體變形監測的研究較少。本文借助壓實粘土梁四點彎曲試驗，通過在土體內部植入應變感測光纜，監測土體內部的變形信息，驗證了OSI分布式光纖感測技術應用于土體變形測量的可行性，并討論了實際工程應用中存在的關鍵問題。

02

測試過程

本文所用壓實粘土梁長360mm、橫截面80mm。當粘土梁堆積至20、40和60mm的高度（在圖1中標記為H1、H2和H3）時，將光纖鋪設在模型上表面，然后通過側壁上的通孔連接到OSI解調儀。光纖在安裝過程中需保持輕微的拉伸，以提高其對壓縮變形的敏感性。

(A)試驗裝置圖；(B) 試驗裝置及監測方案示意圖 (單位：mm)
圖1 彎曲試驗裝置

試驗裝置如圖1所示，試驗詳情見表1。C1測試研究粘土在加載-卸載條件下的力學行為。此外，對M1組中每級加載后的應變進行了兩次采集，兩次讀數的間隔是三分鐘。

表1 試驗方案

03

測試結果

梁在特定位置的應變分布如圖2所示，傳感光纖的位置和選定的分析點如圖2D所示。

圖2 土梁ML1的應變發展過程
(A)H1；(B)H2；(C)H3；(D)興趣點和光纖位置示意圖

在初始加載階段，粘土的壓縮應變隨荷載呈線性增加。中性軸上方的粘土處于壓縮狀態，而下方處于拉伸狀態，中性軸位于半高以下，隨著載荷的增加，中性軸上移。

當加載到62.75N時，H1的應變測量值急劇下降，隨后裂紋萌生。H2層在初始階段處于壓縮狀態，表明中性軸低于半高。H3的應變測量如圖2C所示。140、180和220mm處的拉伸應變的變化趨勢與100mm和260mm處的不同。這種差異也被認為是由應力集中造成的。

當荷載達到62.75N時，梁的底部開始產生拉裂，并延伸到梁的頂部。由于傳感光纖與周圍土體之間的耦合減弱，拉應變的增加受到了限制。隨后，拉伸區發生塑性變形，拉伸區范圍逐漸擴大，呈現為中性軸上移。隨著荷載的持續增加，拉伸區的粘土達到其屈服點。之后，梁底部出現裂縫。

完整測試過程及結果，詳見OFDR監測壓實黏土梁的彎曲行為（可點擊）。

來源：Geotechnical Testing Journal, 45(3), 627-643.

題名：Monitoring flexure behavior of compacted clay beam using high-resolution distributed fiber optic strain sensors

作者：李豪杰，朱鴻鵠*，張春新，Reddy, N. G., 吳海穎