温湿应变一体化岩土及桩墙监测复合光纤缆线及使用方法

本发明涉及岩土工程监测，尤其涉及一种温湿应变一体化岩土及桩墙监测复合光纤缆线及使用方法。

背景技术：

1、岩土体与地下桩墙支护结构的安全监测是基坑工程、地下工程、边坡防护工程质量管控、灾害预警的核心环节。现有监测体系中，土体含水率测试、桩墙结构完整性检测、岩土体及桩墙结构变形沉降监测为相互独立的监测项目，需采用不同传感器、不同传输线缆分步布设监测。

2、在含水率与导热系数监测方面，传统方式多为室内取样试验或点式传感器原位监测，室内取样会破坏土体原位结构，测试数据偏差大，且无法实现深部、分布式连续监测；常规点式含水率传感器监测范围有限，难以适配大深度、长距离的岩土体全域监测需求。

3、在桩墙结构完整性检测方面，传统低应变、超声波等检测方法仅能实现表层及浅层缺陷筛查，无法精准判定支护桩、地下连续墙深部混凝土疏松、空洞、离析、接缝渗漏等缺陷，且无法同步关联桩墙周边土体水文参数特征，难以预判桩墙渗漏、失稳风险。

4、在变形监测方面，现有分布式光纤缆线仅具备单一应变或单一温度监测功能，功能集成度极低。岩土体与桩墙支护结构的应变、挠曲、沉降监测极易受环境温度、地热传导、人工加热测温的温度应力干扰，常规监测技术缺乏同源、同步的温度补偿机制，导致变形监测数据误差大、精度低，无法满足基坑桩墙高精度变形及稳定性监测要求。

5、总的来说，现有技术中不同监测功能所需的光纤通常分别独立布设、独立解算，一方面导致各类监测数据难以在空间与时间上严格同步，难以实现多参量一体化协同分析；另一方面，分缆布设也导致线缆的使用成本增加、埋设工序复杂且后期维护困难，制约了岩土及桩墙结构全周期、高精度、多参量一体化监测的发展。

技术实现思路

1、本发明提供一种温湿应变一体化岩土及桩墙监测复合光纤缆线及使用方法，用以解决现有技术中独立布设的各监测缆线制约了一体化监测发展的缺陷，实现一种一次布设、多功能复用、结构稳定、适配全工况的一体化复合光纤缆线及其使用方法。

2、本发明提供一种温湿应变一体化岩土及桩墙监测复合光纤缆线，包括应变监测组件、活动测温组件和防护封装层；

3、所述应变监测组件包括应变传感光纤、加热元件及第一封装层，所述加热元件与所述应变传感光纤贴合且由所述第一封装层固化为一体，形成刚性芯体；

4、所述活动测温组件包括测温光纤，所述测温光纤沿所述刚性芯体的轴向延伸布设于所述刚性芯体的外周侧，并由所述防护封装层封装，且使封装完成的所述测温光纤与所述刚性芯体之间预留有可供所述测温光纤沿轴向和径向活动的间隙。

5、根据本发明提供的一种温湿应变一体化岩土及桩墙监测复合光纤缆线，所述加热元件为电阻丝，且所述电阻丝与所述应变传感光纤平行排列并贴合。

6、根据本发明提供的一种温湿应变一体化岩土及桩墙监测复合光纤缆线，所述应变传感光纤和所述测温光纤均以u型回路布设，且所述应变传感光纤的两端和所述测温光纤的两端均位于所述缆线的同一端头。

7、根据本发明提供的一种温湿应变一体化岩土及桩墙监测复合光纤缆线，所述间隙大于或等于0.1毫米且小于或等于0.3毫米。

8、根据本发明提供的一种温湿应变一体化岩土及桩墙监测复合光纤缆线，所述复合光纤缆线的外径大于或等于8毫米且小于或等于12毫米。

9、根据本发明提供的一种温湿应变一体化岩土及桩墙监测复合光纤缆线，还包括沿所述复合光纤缆线轴向延伸的地线，所述地线设置于所述刚性芯体与所述防护封装层之间，且与所述测温光纤间隔设置。

10、根据本发明提供的一种温湿应变一体化岩土及桩墙监测复合光纤缆线，还包括编织保护层，所述编织保护层设置于所述测温光纤外，且与所述测温光纤共同由所述防护封装层封装。

11、本发明还提供一种温湿应变一体化岩土及桩墙监测复合光纤缆线的使用方法，包括：

12、将上述的温湿应变一体化岩土及桩墙监测复合光纤缆线布设于待测桩体、墙体和/或土体；

13、当所述复合光纤缆线工作于第一工作模式时，通过其中的加热元件加热所述周边土体，并通过其中的测温光纤采集土体温度数据，以实现土体含水率的测量；

14、当所述复合光纤缆线工作于第二工作模式时，通过其中的应变传感光纤采集应变数据，以实现对桩体和/或墙体的应变测量。

15、根据本发明提供的一种温湿应变一体化岩土及桩墙监测复合光纤缆线的使用方法，在所述第一工作模式下，通电加热所述复合光纤缆线中的加热元件，并由所述测温光纤实时采集全深度、全时段的分布式温度时序数据，以基于热传导理论模型反演所述土体的土体含水率。

16、根据本发明提供的一种温湿应变一体化岩土及桩墙监测复合光纤缆线的使用方法，在所述第二工作模式下，通过所述复合光纤缆线中的测温光纤采集各点位实时温度数据，用于对所述应变传感光纤在对应点位同一时刻测量的应变数据进行温度补偿。

17、本发明提供的温湿应变一体化岩土及桩墙监测复合光纤缆线及使用方法，通过将应变传感光纤与加热元件贴合固化为刚性芯体，并将测温光纤独立布置于芯体外周且预留活动间隙，以径向分层结构在空间上分类了固定与可移动两种耦合状态，使高精度应变监测与全域热传导测温在同一缆线中互不干扰地同时实现；且通过将加热元件与应变传感光纤固化于同一刚性芯体，锁定了热源位置，使加热过程形成的温度场确定且可重复，通过应变传感光纤与测温光纤位于同一缆线的同一截面，测温数据与应变数据在空间上精确对应，为应变监测提供了同源、同点位的温度补偿基础，由此，单根缆线即可同时完成温湿参数测量与结构变形监测，一次埋设、长期复用，兼顾监测精度与全周期适用性。

1.一种温湿应变一体化岩土及桩墙监测复合光纤缆线，其特征在于，包括应变监测组件、活动测温组件和防护封装层；

2.根据权利要求1所述的温湿应变一体化岩土及桩墙监测复合光纤缆线，其特征在于，所述加热元件为电阻丝，且所述电阻丝与所述应变传感光纤平行排列并贴合。

3.根据权利要求1所述的温湿应变一体化岩土及桩墙监测复合光纤缆线，其特征在于，所述应变传感光纤和所述测温光纤均以u型回路布设，且所述应变传感光纤的两端和所述测温光纤的两端均位于所述缆线的同一端头。

4.根据权利要求1所述的温湿应变一体化岩土及桩墙监测复合光纤缆线，其特征在于，所述间隙大于或等于0.1毫米且小于或等于0.3毫米。

5.根据权利要求1所述的温湿应变一体化岩土及桩墙监测复合光纤缆线，其特征在于，所述复合光纤缆线的外径大于或等于8毫米且小于或等于12毫米。

6.根据权利要求1所述的温湿应变一体化岩土及桩墙监测复合光纤缆线，其特征在于，还包括沿所述复合光纤缆线轴向延伸的地线，所述地线设置于所述刚性芯体与所述防护封装层之间，且与所述测温光纤间隔设置。

7.根据权利要求1所述的温湿应变一体化岩土及桩墙监测复合光纤缆线，其特征在于，还包括编织保护层，所述编织保护层设置于所述测温光纤外，且与所述测温光纤共同由所述防护封装层封装。

8.一种温湿应变一体化岩土及桩墙监测复合光纤缆线的使用方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的温湿应变一体化岩土及桩墙监测复合光纤缆线的使用方法，其特征在于，在所述第一工作模式下，通电加热所述复合光纤缆线中的加热元件，并由所述测温光纤实时采集全深度、全时段的分布式温度时序数据，以基于热传导理论模型反演所述土体的土体含水率。

10.根据权利要求8所述的温湿应变一体化岩土及桩墙监测复合光纤缆线的使用方法，其特征在于，在所述第二工作模式下，通过所述复合光纤缆线中的测温光纤采集各点位实时温度数据，用于对所述应变传感光纤在对应点位同一时刻测量的应变数据进行温度补偿。