本實(shí)用新型涉及土木工程、水利工程、交通工程等技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種監(jiān)測土與結(jié)構(gòu)接觸面剪應(yīng)變的傳感器。

背景技術(shù)：

土與結(jié)構(gòu)接觸面是指在土與結(jié)構(gòu)的交界接觸處由于結(jié)構(gòu)的約束作用而形成的力學(xué)特性不同于周圍土體，更不同于結(jié)構(gòu)的區(qū)域。土與結(jié)構(gòu)接觸面是土與結(jié)構(gòu)之間應(yīng)力和變形相互傳遞的重要媒介，在土木、水利、建筑、交通、市政等工程中普遍存在，如建筑物基礎(chǔ)與地基之間、面板與墊層料之間、防滲墻與壩體之間、擋土墻與墻后土之間等。所以土與結(jié)構(gòu)接觸面一直是土與結(jié)構(gòu)靜動(dòng)力相互作用研究中最為重要和關(guān)鍵的課題之一。目前土與結(jié)構(gòu)接觸面法向應(yīng)力的監(jiān)測方面已經(jīng)發(fā)展較完善，但是土與結(jié)構(gòu)接觸面切向的剪應(yīng)變監(jiān)測裝置研究幾乎是空白。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型為了解決上述問題，提出了一種監(jiān)測土與結(jié)構(gòu)接觸面剪應(yīng)變的傳感器，本實(shí)用新型可用于監(jiān)測土與結(jié)構(gòu)接觸面之間的剪切變形。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種監(jiān)測土與結(jié)構(gòu)接觸面剪應(yīng)變的傳感器，包括傳感器基座、傳感器基材、傳感器受力裝置和保護(hù)裝置，其中：

所述傳感器基座包括固定底座和與之連接的滑動(dòng)塊，所述傳感器受力裝置包括分別位于光柵兩端的固定拉頭和受力拉頭，其中固定拉頭與基座剛性連接，受力拉頭處于水平方向自由受力狀態(tài)，所述傳感器基材設(shè)置于固定拉頭和受力拉頭之間，感應(yīng)外界拉應(yīng)變，所述傳感器基材外側(cè)設(shè)置有保護(hù)裝置。

所述底座與滑動(dòng)塊剛性連接。

所述滑動(dòng)塊內(nèi)側(cè)壁附有鋼珠以減小傳感器受力裝置與基座的摩擦。

所述傳感器基材采用反應(yīng)靈敏的光柵材料，光柵受到外界拉應(yīng)變時(shí)，光柵的柵距會(huì)發(fā)生變化，從而引起反射波長的變化，將接觸面的剪應(yīng)變轉(zhuǎn)換為光柵的拉應(yīng)變。

所述傳感器受力裝置包括分別位于光柵兩端的固定拉頭和受力拉頭，其中固定拉頭與基座剛性連接，受力拉頭與傳感器基座之間加設(shè)有鋼珠一方面保證光柵受力后只產(chǎn)生水平方向的應(yīng)變，另一方面最大可能的減小受力拉頭與基座的摩擦力，使得受力拉頭處于水平方向自由受力狀態(tài)。

所述固定拉頭和受力拉頭上開有孔洞以使得與光柵連接的光纖通過。

所述傳感器保護(hù)裝置包括在涂抹在光柵表面起到防水作用的玻璃膠防水層和玻璃膠防水層外側(cè)的第一不銹鋼制套筒和第二不銹鋼套筒，其中第二不銹鋼套筒的直徑大于第一不銹鋼制套筒的直徑。

所述兩個(gè)不銹鋼套筒之間涂抹潤滑油減小由于光柵變形引起的外部摩擦。

所述玻璃膠防水層和第一不銹鋼制套筒與固定拉頭和受力拉頭剛性連接，第二不銹鋼套筒只與固定拉頭剛性連接。

基于上述傳感器的安裝方法，根據(jù)監(jiān)測結(jié)構(gòu)面的大小制作傳感器基座、滑動(dòng)塊，并事先將要監(jiān)測部位的土體移除，在結(jié)構(gòu)面上開鑿處比基座稍大的凹槽，將組裝好的傳感器安放在結(jié)構(gòu)面開鑿處的凹槽中，并在傳感器基座和凹槽之間的空隙中貫入環(huán)氧樹脂黏貼好，將土重新回填，將與光柵連接的光纖與調(diào)制解調(diào)器連接，開始監(jiān)測接觸面的剪應(yīng)變。

基于上述傳感器的土與混凝土接觸面直剪試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

(1)制備選定的干密度及含水率的擾動(dòng)土試樣，并澆筑下盒所需的混凝土試件，并將土與結(jié)構(gòu)接觸面剪應(yīng)變傳感器事先埋設(shè)在混凝土里面；

(2)對(duì)準(zhǔn)上下盒，插入固定銷，將裝有試樣的環(huán)刀平口向下，對(duì)準(zhǔn)剪切盒口，在試樣頂面放不透水板，然后將試樣徐徐推入剪切盒內(nèi)移去環(huán)刀；

(3)對(duì)試樣施加垂直壓力，每組實(shí)驗(yàn)取多個(gè)試樣，在不同垂直壓力下進(jìn)行剪切試驗(yàn)，保證垂直壓力的各級(jí)差值大致相等；

(4)施加垂直壓力后，立即拔去固定銷，進(jìn)行計(jì)時(shí)，以設(shè)定速率剪切，使試樣在設(shè)定時(shí)間內(nèi)剪損，當(dāng)測力計(jì)的讀書達(dá)到穩(wěn)定，或有顯著后退，表示試樣已經(jīng)減損；

(5)剪切結(jié)束后，吸取剪切盒中的積水，移去垂直壓力、框架與加壓蓋板，取出試樣，測定剪切面附近土的含水率。

本實(shí)用新型的有益效果為：

本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，可用于監(jiān)測土與結(jié)構(gòu)接觸面之間的剪切變形，易于拆卸和搬運(yùn)，可以重復(fù)利用。

本實(shí)用新型采用光柵作為傳感器的基材，將難以監(jiān)測的土與結(jié)構(gòu)面之間的剪應(yīng)變轉(zhuǎn)換為可測的光柵的拉應(yīng)變，并在最大程度上減小了接觸面上土體的對(duì)傳感器的損壞。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)左視圖；

圖3是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖4是本實(shí)用新型的安裝示意圖。

其中：1.底座，2.滑動(dòng)塊，3.光柵，4.光纖，5.玻璃膠防水層，6.小號(hào)不銹鋼套筒，7.大號(hào)不銹鋼套筒，8.固定拉頭，9.受力拉頭，10.鋼珠，11.土體，12.混凝土結(jié)構(gòu)，13.凹槽。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，一種監(jiān)測土與結(jié)構(gòu)接觸面剪應(yīng)力的傳感器，傳感器主要包括傳感器基座、傳感器基材、傳感器保護(hù)裝置、傳感器受力裝置。

傳感器基座包括底部的底座1和滑動(dòng)塊2構(gòu)成。在底座1上安裝傳感器受力裝置，主要包括固定拉頭8和受力拉頭9，其中固定拉頭8固定在底座1上，受力拉頭9分別與底座1和滑動(dòng)塊2通過鋼珠10連接，在固定拉頭8和受力拉頭9上開有小孔用于光柵與光纖的連接。將光柵3外表面涂抹防水玻璃膠構(gòu)成玻璃膠防水層5，在玻璃膠防水層5外面套入小號(hào)不銹鋼套筒6，在小號(hào)不銹鋼套筒外側(cè)涂抹潤滑油并套入大號(hào)不銹鋼套筒7。將小號(hào)不銹鋼套筒6連同玻璃防水層5采用環(huán)氧樹脂黏貼在固定拉頭8和受力拉頭9上。將光柵3穿過固定拉頭8和受力拉頭9上的孔洞，并與連接用的光纖4連接。

傳感器安裝時(shí)將預(yù)先安裝位置的土體11移除，在混凝土結(jié)構(gòu)面12上開出比傳感器底座1稍大的凹槽13，將傳感器放置在凹槽13內(nèi)并將傳感器與凹槽13之間的縫隙使用環(huán)氧樹脂填充，待環(huán)氧樹脂強(qiáng)度達(dá)到后再將土體11回填。

使用方法：

1、根據(jù)監(jiān)測結(jié)構(gòu)面的大小制作傳感器基座、滑動(dòng)塊，并事先將要監(jiān)測部位的土體移除，在結(jié)構(gòu)面上開鑿處比基座稍大的凹槽；

2、將組裝好的傳感器安放在結(jié)構(gòu)面開鑿處的凹槽中，并在傳感器基座和凹槽之間的空隙中貫入環(huán)氧樹脂黏貼好，將土重新回填；

3、將與光柵連接的光纖與調(diào)制解調(diào)器連接，開始監(jiān)測接觸面的剪應(yīng)變。

土與混凝土接觸面直剪試驗(yàn)：

(1)制備選定的干密度及含水率的擾動(dòng)土試樣，并澆筑下盒所需的混凝土試件，并將土與結(jié)構(gòu)接觸面剪應(yīng)變傳感器事先埋設(shè)在混凝土里面。

(2)對(duì)準(zhǔn)上下盒，插入固定銷。將裝有試樣的環(huán)刀平口向下，對(duì)準(zhǔn)剪切盒口，在試樣頂面放不透水板，然后將試樣徐徐推入剪切盒內(nèi)移去環(huán)刀

(3)對(duì)試樣施加垂直壓力，每組實(shí)驗(yàn)取4個(gè)試樣，在4中不同垂直壓力p下進(jìn)行剪切試驗(yàn)，一個(gè)垂直壓力相當(dāng)于現(xiàn)場預(yù)期的最大壓力p，一個(gè)垂直壓力大于p，另外兩個(gè)均小于p，同時(shí)垂直壓力的各級(jí)差值大致相等。

(4)施加垂直壓力后，立即拔去固定銷，開動(dòng)秒表，以0.8-1.2mm/min的速率剪切，使試樣在3-5min內(nèi)剪損。

(5)如測力計(jì)的讀書達(dá)到穩(wěn)定，或有顯著后退，表示試樣已經(jīng)減損。

(6)剪切結(jié)束后，吸取剪切盒中的積水，盡快移去垂直壓力、框架、加壓蓋板等，取出試樣，測定剪切面附近土的含水率。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。