基于光纤传感技术的围岩状态监测装置

本技术涉及围岩应变监测，具体为基于光纤传感技术的围岩状态监测装置。

背景技术：

1、随着地下工程向深部、复杂地质条件延伸，对围岩稳定性的实时、精准监测提出了更高要求。基于光纤传感技术的监测装置因其抗干扰能力强、可实现分布式测量等优点，已成为岩土工程安全监测的重要手段。其中，将传感光纤与支护锚杆结合，形成智能感知锚杆，是实现围岩深部变形与原位应力监测的有效方式。目前常见的技术手段多将光纤以直线形态粘贴于锚杆表面或置于其中空内部。这种直接、单一的布设方式虽能实现基本的应变传递，但在复杂岩土力学环境下的监测性能仍存在明显局限。

2、现有技术的主要问题在于，直线布设的光纤与锚杆结构的接触形式单一、有效接触面积有限。这导致两个突出问题：其一，锚杆实际受力时产生的多维复杂变形（如弯曲、剪切、扭转）难以被高效地耦合并转换为光纤可精确测量的轴向应变，造成对关键变形模式灵敏度不足、信号特征模糊，进而影响对围岩破坏机理的准确判断；其二，在围岩持续变形或动力扰动下，光纤易因局部应力集中而发生滑移甚至脱粘，引入显著的信号噪声与传输损耗，严重影响长期监测的稳定性与可靠性。

3、因此，需设计一种新型的光纤锚杆结合结构，以优化力学传递路径，提升对复杂变形的感知能力与信号质量。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本实用新型提供基于光纤传感技术的围岩状态监测装置。

2、为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

3、基于光纤传感技术的围岩状态监测装置，包括中空锚杆；

4、钢管，固定于所述中空锚杆内壁，其外壁沿周向开设有至少一个弧形的嵌槽，且所述嵌槽沿钢管轴向延伸，所述嵌槽内贴合设有弧形的柔性衬垫，所述柔性衬垫弧面上沿轴向开设有导向槽，所述导向槽的延伸路径满足以下两个几何约束：其一，在平行于所述钢管轴线的方向上呈周期性曲线延伸；其二，其槽底在垂直于所述钢管轴线的横截面上，距所述中空锚杆内壁的间距呈周期性变化；

5、多个光纤传感器，嵌设于对应所述导向槽内；

6、多个圆弧状凸起，分别设于所述中空锚杆内壁上对应所述柔性衬垫的位置，该凸起压入所述柔性衬垫内且两者相抵；

7、其中，所述光纤传感器受所述导向槽路径影响在其空腔内形成具有轴向波浪起伏和径向波动的复合空间形态；该形态促使光纤传感器与凸起内表面之间产生在长度和高度方向上均匀分散的多个接触部位。

8、优选的，所述凸起的弧面与所述柔性衬垫的弧面弧度一致，使得两者扣合后能完全包围所述光纤传感器。

9、优选的，所述导向槽的轨迹为正弦波形轨迹或连续s形周期性波浪形轨迹中的一种。

10、优选的，所述嵌槽的数量为四个，且沿所述钢管周向等距分布。

11、优选的，所述导向槽内填充有柔性灌封胶，所述光纤传感器被包覆并定位于其中。

12、优选的，所述中空锚杆端部设有控制盒，多个所述光纤传感器的尾纤电性连接同一个保护光缆，保护光缆设置有光缆插头，并通过光缆插头与所述控制盒电性连接。

13、与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：通过设置的导向槽与凸起的配合，使光纤传感器形成复合空间形态并与凸起产生多区域均匀接触，既实现了中空锚杆多维复杂变形与光纤传感器应变信号的精准耦合，突破了传统直线光纤对弯曲、剪切等变形感知灵敏度不足的局限，提升了围岩破坏机理判断的准确性；又通过分散接触部位避免了光纤传感器局部应力集中，降低了弯折、脱粘风险，减少了信号噪声与传输损耗，显著增强长期监测的稳定性与可靠性。

1.基于光纤传感技术的围岩状态监测装置，包括中空锚杆，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的基于光纤传感技术的围岩状态监测装置，其特征在于：所述凸起的弧面与所述柔性衬垫的弧面弧度一致，使得两者扣合后能完全包围所述光纤传感器。

3.根据权利要求2所述的基于光纤传感技术的围岩状态监测装置，其特征在于：所述导向槽的轨迹为正弦波形轨迹或连续s形周期性波浪形轨迹中的一种。

4.根据权利要求1所述的基于光纤传感技术的围岩状态监测装置，其特征在于：所述嵌槽的数量为四个，且沿所述钢管周向等距分布。

5.根据权利要求1所述的基于光纤传感技术的围岩状态监测装置，其特征在于：所述导向槽内填充有柔性灌封胶，所述光纤传感器被包覆并定位于其中。

6.根据权利要求1所述的基于光纤传感技术的围岩状态监测装置，其特征在于：所述中空锚杆端部设有控制盒，多个所述光纤传感器的尾纤电性连接同一个保护光缆，保护光缆设置有光缆插头，并通过光缆插头与所述控制盒电性连接。