CN101749996B

CN101749996B - 土体内部位移测量装置及其测量方法

Info

Publication number: CN101749996B
Application number: CN2010100396405A
Authority: CN
Inventors: 孔令刚; 王顺玉; 张革强; 陈云敏
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2010-01-12
Filing date: 2010-01-12
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2030-01-12
Also published as: CN101749996A

Abstract

本发明公开了一种土体内部位移测量装置及其测量方法。包括由波纹软管上部与镀锌管下部连接、波纹软管下部孔内装有金属底板的隔离管和LVDT位移传感器组成。位移传感器测针加延长杆伸入隔离管中时，能保证延长杆的底端与波纹软管底部的金属底板相接触。本发明通过隔离管隔开土体，通过细丝杆延长LVDT传感器测针实现实时测量土体隔离管金属底板处的土体位移，该装置结构简单、制作方便、布置灵活、数据实时采集、测量精度高、埋设方法对土体扰动较小，尤其适合测量结构物周围变形情况复杂的土体(如测量位置土体存在转动)竖向位移变化情况。本发明既可应用于现场测试也可应用于土工模型试验测试。

Description

土体内部位移测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及一种土体内部位移测量装置及其测量方法。

背景技术

目前对土体内部位移的测量方法，主要有两种：一种是将一根圆形沉降管锚固到基岩，把磁环套在沉降管外围，埋设在各观测层面位置。在土体发生位移时，磁环随土体一起位移而沉降管不会下沉，通过测算磁环与沉降管之相对滑移量，实现测量目的。该方法存在以下缺点：1、沉降管埋设位置不能压实处理，沉降管附近土体与离沉降管较远处土体性质存在差异，造成测量误差；2、检测时必须从沉降管的孔中放下磁性探头才能测量磁环的位置，只能人工测量，精度差，工作量大，效率低。另一种方法是在土体中埋放沉降板。该方法存在以下缺点：1、测量值为某一范围之内的平均位移，测量精度差；2、土体变形情况复杂时，如土体竖向位移与旋转变形同时发生，该方法不适用；3、一般应用于路基或地基沉降测量，适用范围小。

经对现有技术文献检索发现，中国专利申请号200420035072.1，名称：分层沉降仪，公开号：CN2685821，公开日期：2005.03.13，其“采用了电测位移传感器，可快速、准确地直接实时测量沉降量”，但其装置：①结构过于复杂且体积较大、成本较高；②测量主要针对路基的现场测试，适用范围小；③适用于回填土沉降测量，且要求装置底层锚固于基岩，对原状土或早期回填土不适用。

中国专利申请号200810037407.6，名称：土体内部变形测试装置，公开号：CN101270972A，公开日期：2008.09.24，其“结构简单、加工方便、操作简单，应用于土工模型试验测试，可便捷测试土体内部位移情况，测量结构准确可靠”，但其有以下缺点：①对于变形情况复杂土体，如土体同时发生旋转和竖向位移时，由于变形协调片及与变形协调片连接的位移传递杆会随土体发生旋转，导致不能准确测量土体的竖向位移；②该装置适用于土工模型试验，在土工模型试验土样制备时埋入，当装置布置较多时，会影响土样制备质量和制备效率，对模型试验带来不利影响。

中国专利申请号200720173516.1，名称：一种沉降板及装配式分层沉降装置，授权公告号：CN201094020Y，授权公告日期：2008.07.30，其改进了传统沉降板，可以量测分层沉降，但其并未完全克服沉降板的缺点，尤其是不适用于测量变形情况复杂土体的沉降，同时该装置结构较为复杂，制作及加工难度大，仍需人工读数，不能进行实时采集，操作过程繁琐，应用范围有限。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种土体内部位移测量装置及其测量方法，能够精确实时测量土体内部某点的竖向(向上或向下)位移测量。装置结构简单、制作方便、布置灵活、数据实时采集、测量精度高、埋设方法对土体扰动较小，尤其适合测量结构物周围变形情况复杂的土体(如测量位置土体存在转动)竖向位移变化情况。该方法及装置既可应用于现场测试也可应用于土工模型试验测试。

本发明采用的技术方案包括以下步骤：

一、一种土体内部位移测量装置：

本发明由隔离管和LVDT位移传感器组成；其中：

1)隔离管：包括镀锌管、波纹软管和金属底板；波纹软管上部与镀锌管(3)下部连接，波纹软管下部孔内装有金属底板，镀锌管上部侧面开有螺孔，螺孔内装有螺钉；

2)LVDT位移传感器测针与延长杆之间用连接件连接；

隔离管的长度要比LVDT位移传感器测针加延长杆总长度短，当LVDT位移传感器测针加延长杆伸入隔离管中时，能保证延长杆的底端与波纹软管底部的金属底板相接触。

二、一种土体内部位移测量方法，该方法包括下述步骤：

1)在土中成孔；

2)将隔离管放入孔中；

3)将隔离管与孔之间缝隙用土填实；

4)将LVDT位移传感器测针加延长杆延长后伸入隔离管，延长杆前端与隔离管金属底板接触；

5)将LVDT位移传感器固定于基准梁上，调整LVDT传感器至竖直。

所述的步骤1)中，在土体中打一设计深度的竖直孔，孔径大于隔离管外径。

所述的步骤2)中，隔离管放入孔中前，在其内部插入支撑管使波纹管充分伸展，支撑管外径比隔离管内径小；支撑好后，通过固定螺钉将隔离管上部的镀锌管与支撑管固定，防止波纹管缩回；完成后，将土体隔离管放入孔中。

所述的步骤3)中，隔离管与孔之间，用土填回，均匀夯实，并保持土体隔离管的竖直。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

1、本发明测量精度高，并可实时监测。由于采用了LVDT位移传感器，本发明克服了使用磁环式分层沉降仪及沉降板测量精度不高，不能实时监测的缺点。通过对土体隔离管附近土体的夯实，减小了土体隔离管附近土体与周围土体的差异。

2、本发明测量适用范围广。本发明隔离管底板与LVDT测针分离，能够有效的消除土体旋转等变形对土体竖向位移测试的影响，因此适用于土体变形情况比较复杂的工况。本发明不仅适用于结构物附近土体(如桩周土体、房屋附近土体、盾构掘进时的上覆土层)竖向位移的长期现场测试，桩周土体位移检测等现场测试，也适用于各种土工模型试验测试。

3、本发明装置结构简单，采用土中成孔或直接压入的方法安装，不需要大面积的开挖和回填工作，因此安装方便且对土体扰动较小，尤其适用于对原状土或早期回填土的竖向位移观测，当安装于结构物附近土体中时，对结构物受力性状影响较小。

附图说明

图1是本发明的隔离管结构示意图。

图2是本发明的支撑管与隔离管连接示意图。

图3是本发明的LVDT测针与延长杆连接示意图。

图4是本发明的使用状态参考图。

图5是试验桩和浅层土体内部位移测量装置的侧视布置图。

图6是试验桩和浅层土体内部位移测量装置的俯视布置图。

图中：1、隔离管，2、LVDT位移传感器，3、镀锌管，4、波纹软管，5、金属底板，6、延长杆，7、连接件，8、支撑管，9、螺钉，10、基准梁。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3、图4所示，本发明由隔离管1和LVDT位移传感器2组成；其中：

1)隔离管1：包括镀锌管3、波纹软管4和金属底板5；波纹软管4上部与镀锌管3下部连接，波纹软管4下部孔内装有金属底板5，镀锌管3上部侧面开有螺孔，螺孔内装有螺钉9；

2)LVDT位移传感器2测针与延长杆6之间用连接件7连接；

隔离管1的长度要比LVDT位移传感器2测针加延长杆6总长度短，当LVDT位移传感器2测针加延长杆6伸入隔离管1中时，能保证延长杆6的底端与波纹软管4底部的金属底板5相接触。

该测量方法包括下述步骤：

1)在土中成孔；

2)将隔离管1放入孔中；

3)将隔离管1与孔之间缝隙用土填实；

4)将LVDT位移传感器测针加延长杆6延长后伸入隔离管1，延长杆6前端与隔离管1的金属底板5接触；

5)将LVDT位移传感器2固定于基准梁10上，调整LVDT传感器至竖直。

上述步骤1)中，在强度较大的砂土、粉土、粘土等细粒土中使用时，先将直径略大的钢管打入土中，在打入过程中用水平尺检查钢管的垂直度，打入到设计深度后，将钢管拔出成孔；在强度较小的砂土、粉土、粘土等细粒土中使用时，无需成孔，可将的支撑管8插入隔离管1，然后将隔离管1垂直压入土体中，达到需要深度，之后直接进行步骤4。

上述步骤2)中，如图2所示，隔离管1由镀锌管3、波纹软管4、金属底板5组成。镀锌管3下部与波纹软管4上部连接，波纹软管4下部与金属底板5连接，连接处需紧密，防止土粒进入隔离管。深度较大时，镀锌管需适当延长。放入孔中时，隔离管1内部插入支撑管8使波纹软管4伸展充分，支撑管8外径比隔离管1内径略小。支撑好后，通过如图4所示的固定螺钉9将隔离管1上部镀锌管3与支撑管8之间以图5所示方式固定。之后，将隔离管1放入孔中。

上述的步骤3)中，隔离管1与孔之间，用土填回，并用分层均匀夯实。夯实过程中用水平尺检查并调整土体隔离管5的垂直度。

上述的步骤4)中，如图3所示的LVDT位移传感器2与延长杆6之间用连接件7连接。

上述的步骤5)中，延长杆6需与LVDT传感器2测针处于同一直线上，并垂直于金属底板5。

上述的步骤6)中，先将LVDT传感器2连接到基准梁10上的合适位置，如图4所示，调整LVDT传感器2水平位置，使细长杆处于隔离管1的轴线附近，调整LVDT传感器2垂直位置，按照所要测量位移的方向预留出足够测量长度，延长杆6前端与金属底板5接触。

具体实施例选用扩底桩上拔试验，如图5、图6为试验桩和土体内部位移测量装置的侧视和俯视布置图，其中扩底桩桩身直径为219mm，扩底直径为590mm，埋置深度为1770mm；侧视图中将底面处于相同深度的浅层土体内部位移测量装置进行合并，给出各装置距试验桩侧的距离；俯视图具体给出了各装置的实际位置。

本发明采用与传统沉降板和磁感应式分层沉降仪等不同的设计思想，将土体隔离管金属底板与LVDT传感器测针分离，保证能够对变形复杂土体的竖向位移进行精确测量；以基准梁作为土体位移参考点，保证测量参考点变化的可控性；同时，该装置结构简单、制作方便、布置灵活、数据实时采集、测量精度高、埋设方法对土体扰动较小，适用于现场测试和土工模型试验测试，具有广泛的应用前景。

以上所述，仅为本发明示意性的具体实施方式，不能以其限定本发明实施的范围。故其等同组件的放大，缩小，置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修改，均仍然属于本发明权利要求书的涵盖范围。

Claims

1.一种土体内部位移测量装置，其特征在于：由隔离管(1)和LVDT位移传感器(2)组成；其中：

1)隔离管(1)：包括镀锌管(3)、波纹软管(4)和金属底板(5)；波纹软管(4)上部与镀锌管(3)下部连接，波纹软管(4)下部孔内装有金属底板(5)，镀锌管(3)上部侧面开有螺孔，螺孔内装有螺钉(9)；

2)LVDT位移传感器(2)测针与延长杆(6)之间用连接件(7)连接；

隔离管(1)的长度要比LVDT位移传感器(2)测针加延长杆(6)总长度短，当LVDT位移传感器(2)测针加延长杆(6)伸入隔离管(1)中时，能保证延长杆(6)的底端与波纹软管(4)底部的金属底板(5)相接触。

2.使用权利要求1所述装置的一种土体内部位移测量方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

1)在土中成孔；

2)将隔离管(1)放入孔中；

3)将隔离管(1)与孔之间缝隙用土填实；

4)将LVDT位移传感器测针加延长杆(6)延长后伸入隔离管(1)，延长杆(6)前端与隔离管(1)的金属底板(3)接触；

5)将LVDT位移传感器(2)固定于基准梁(10)上，调整LVDT传感器至竖直；

所述的步骤1)中，在土体中打一设计深度的竖直孔，孔径大于隔离管(1)外径；

所述的步骤2)中，隔离管(1)放入孔中前，在其内部插入支撑管(8)使波纹管(2)充分伸展，支撑管(8)外径比隔离管(1)内径小；支撑好后，通过固定螺钉(9)将隔离管(1)上部的镀锌管(3)与支撑管(8)固定，防止波纹管(2)缩回；完成后，将隔离管(1)放入孔中；

所述的步骤3)中，隔离管(1)与孔之间，用土填回，均匀夯实，并保持隔离管(1)的竖直。