案例分享：OFDR监测压实黏土梁的弯曲行为

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概述

OFDR分布式光纤应变测量技术已被广泛应用于结构健康监测领域，如桥梁、管道以及大坝等构筑物的变形监测，但应用于土体变形监测的研究较少。本文借助压实粘土梁四点弯曲试验，通过在土体内部植入应变感测光缆，监测土体内部的变形信息，验证了OSI分布式光纤感测技术应用于土体变形测量的可行性，并讨论了实际工程应用中存在的关键问题。

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测试过程

本文所用压实粘土梁长360mm、横截面80mm。当粘土梁堆积至20、40和60mm的高度（在图1中标记为H1、H2和H3）时，将光纤铺设在模型上表面，然后通过侧壁上的通孔连接到OSI解调仪。光纤在安装过程中需保持轻微的拉伸，以提高其对压缩变形的敏感性。

(A) 试验装置图；(B) 试验装置及监测方案示意图 (单位：mm)
图1 弯曲试验装置

试验装置如图1所示，试验详情见表1。C1测试研究粘土在加载-卸载条件下的力学行为。此外，对M1组中每级加载后的应变进行了两次采集，两次读数的间隔是三分钟。

表1 试验方案

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测试结果

梁在特定位置的应变分布如图2所示，传感光纤的位置和选定的分析点如图2D所示。

图2 土梁ML1的应变发展过程
(A)H1；(B)H2；(C)H3；(D)兴趣点和光纤位置示意图

在初始加载阶段，粘土的压缩应变随荷载呈线性增加。中性轴上方的粘土处于压缩状态，而下方处于拉伸状态，中性轴位于半高以下，随着载荷的增加，中性轴上移。

当加载到62.75N时，H1的应变测量值急剧下降，随后裂纹萌生。H2层在初始阶段处于压缩状态，表明中性轴低于半高。H3的应变测量如图2C所示。140、180和220mm处的拉伸应变的变化趋势与100mm和260mm处的不同。这种差异也被认为是由应力集中造成的。

当荷载达到62.75N时，梁的底部开始产生拉裂，并延伸到梁的顶部。由于传感光纤与周围土体之间的耦合减弱，拉应变的增加受到了限制。随后，拉伸区发生塑性变形，拉伸区范围逐渐扩大，呈现为中性轴上移。随着荷载的持续增加，拉伸区的粘土达到其屈服点。之后，梁底部出现裂缝。

完整测试过程及结果，详见OFDR监测压实黏土梁的弯曲行为（可点击）。

 

 

 

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

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

作者：李豪杰，朱鸿鹄*，张春新，Reddy, N. G., 吴海颖