CN103276714B - 分层测量土体位移的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分层测量土体位移的装置及方法，所述装置包括：一套管，套管埋设于被测土体内；一预埋杆件，预埋杆件可移动穿设于套管内，预埋杆件包括一接长杆，接长杆的顶部连接一顶杆，接长杆的底部连接一底座，顶杆的顶部设有一凹槽，底座的底部延伸出套管的底部并形成一底盘，底盘置于被测点上；一位移计，位移计固定于顶杆的正上方，并且位移计的顶针顶在凹槽内，位移计的中心对称线与预埋杆件的中心对称线位于同一直线。通过将预埋杆件和套管预埋于被测土体内部，并使得预埋杆件可在套管内发生相对位移，将地层的分层位移传导到地面，可测出指定深度土体的位移，结构简单可靠，可重复使用，尤其适用于试验中的深部土体位移测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种土体位移测量技术及其装置，尤其是一种分层测量土体位移的装置及方法。
背景技术
在土木工程实践及涉及到土体的物理模拟实验中，经常需要测量各个深度土体的位移，以掌握土体变形的总体规律，而常见的位移计只能测量土体表面位移，不能测出土体内部任意深度的位移。而实际工程中，土体往往呈分层分布，不同层位的土体物理力学性质相差很大，在荷载作用下发生的位移也有差别，如果只能得出土体表面位移，则不能区分出各层土体的位移大小。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可以区分出各层土体的位移大小的分层测量土体位移的装置及方法。
为实现上述技术效果，本发明公开了一种分层测量土体位移的装置，包括：
一套管，所述套管埋设于被测土体内；
一预埋杆件，所述预埋杆件可移动穿设于所述套管内，所述预埋杆件包括一接长杆，所述接长杆的顶部连接一顶杆，所述接长杆的底部连接一底座，所述顶杆的顶部设有一凹槽，所述底座的底部延伸出所述套管的底部并形成一底盘，所述底盘置于被测点上；
一位移计，所述位移计固定于所述顶杆的正上方，并且所述位移计的顶针顶在所述凹槽内，所述位移计的中心对称线与所述预埋杆件的中心对称线位于同一直线；
所述接长杆分别与所述顶杆和所述底座之间通过丝扣连接，所述接长杆的端部、所述顶杆的下端和所述底座的上端分别设有外螺纹，所述丝扣的内侧对应所述外螺纹设有内螺纹；
所述接长杆为一可调节长度的杆体，包括复数个单元杆体，所述单元杆体之间通过复数个丝扣连接接长，所述单元杆体的两端分别设有外螺纹，所述丝扣的内侧对应所述外螺纹设有内螺纹。
所述装置进一步的改进在于，在所述预埋杆件与所述套管之间，所述预埋杆件的所述顶杆和所述底座上分别设有复数个橡胶圈，所述橡胶圈的外径大于所述套管的内径，所述套管为PVC管。
所述装置进一步的改进在于，所述顶杆上设置的所述橡胶圈中最顶部的一圈位于距离所述套管的顶部向下一定距离的位置，所述底座上设置的所述橡胶圈中最底部的一圈位于距离所述套管的底部向上一定距离的位置。
所述装置进一步的改进在于，所述装置的量程等于所述套管的底部与所述底座的底盘上表面之间的距离。
本发明还公开了一种分层测量土体位移的方法，所述方法包括以下步骤：
按照设计要求，利用带有内螺纹的丝扣连接接长杆，并在所述接长杆的顶部利用丝扣连接一顶杆，在接长杆的底部利用丝扣连接一底座，形成预埋杆件，使所述预埋杆件的长度大于被测土体的深度；
将所述预埋杆件套设于一套管内，使所述底座的底部延伸出所述套管的底部并形成一底盘，使所述套管的长度加上所述套管的底部与所述底盘上表面之间的距离大于所述被测土体的深度；
将所述预埋杆件与所述套管置于所述被测土体内；
将所述位移计固定在所述顶杆的正上方，并使所述位移计的顶针顶在所述顶杆顶部的凹槽内，测量所述被测土体的位移。
所述方法进一步的改进在于，使用打钻的方式将所述
预埋杆件与所述套管置于所述被测土体内，包括步骤：
于地面钻孔，所述钻孔的直径大于所述底座底盘的直径，所述钻孔的深度为所述被测土体的深度；
夯实所述钻孔底部的土体，将所述预埋杆件与所述套管置于所述钻孔内；
回填所述套管与所述钻孔之间的土体。
所述方法进一步的改进在于，使用预埋的方式将所述预埋杆件与所述套管置于所述被测土体内，包括步骤：
填土至所述被测土体的被测点高度，夯实所述被测点周围的土体，将所述预埋杆件与所述套管置于所述被测点上；
继续填土至预定高度。
所述方法进一步的改进在于，所述位移计的底部与一磁性底座连接，所述位移计的顶部设有一顶针，于所述被测土体周边架设一固定型钢，所述位移计通过所述磁性底座固定于所述固定型钢上，所述位移计的顶针顶在所述顶杆顶部的所述凹槽内，所述位移计的中心对称线与所述顶杆的中心对称线位于同一直线上，利用所述位移计测量所述被测土体的位移。
本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果是：通过将预埋杆件和套管预埋于被测土体内部，并使得预埋杆件可在套管内发生相对位移，将地层的分层位移传导到地面，延长了位移计的测量深度，可测出指定深度土体的位移，结构简单可靠，拆卸方便，可重复使用，尤其适用于试验中深部土体位移的测量。
附图说明
图1是本发明分层测量土体位移的装置的结构示意图。
图2是本发明分层测量土体位移的装置的局部剖示图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
某盾构对接冻结法施工物理模拟试验，需要测得在冻结及融沉过程中的不同深度土体的位移。试验中共布置分层位移测点4个，使用了4套本分层测量土体位移的装置1，参阅图1所示，其中，每套装置1主要由一预埋杆件、一套管11和一位移计21组成，其中，套管11为PVC管，埋设于被测土体内，预埋杆件可移动穿设于套管11内，预埋杆件包括一接长杆13，接长杆13的顶部连接一顶杆12，接长杆13的底部连接一底座14，顶杆12的顶部设有一凹槽17，底座14的底部延伸套管11的底部并形成一底盘18，底盘18置于被测点上。接长杆13分别与顶杆12和底座14之间通过丝扣16连接，在顶杆12的下端、接长杆13的两端与底座14的上端分别设有外螺纹15，其外径等于丝扣16的内径，同时丝扣16的内侧对应外螺纹15设有内螺纹，丝扣16的内螺纹螺合于顶杆12、接长杆13与底座14上设置的外螺纹15，将顶杆12、接长杆13与底座14连接成一体，构成预埋杆件。考虑到便于不同深度的土体的测试方便，接长杆13为一可调节长度的杆体，接长杆13的长度可以改变，接长杆13进一步包括复数个单元杆体，该单元杆体之间通过复数个丝扣连接接长，该单元杆体的两端分别设有外螺纹，丝扣的内侧对应所述外螺纹设有内螺纹，相互螺合连接。在测试深度较深时，可以将多根单元杆体连接在一起，构成长度更长的接长杆13，将地层的分层位移传导到地面。
在地下试验中，施工造成不同深度的土体产生的竖向位移一般是不同的。常规测试地表的位移，是不同深度土体竖向位移的集中体现。由于不同深度的土体发生位移时，上下覆土的存在，影响了传统常规传感器的布置，使用常规的位移传感器一般不能进行土体内部位移的测量。
本发明的分层测量土体位移的装置1，就是将不同深度的土体位移，通过预埋杆件传递到地面，方便传感器的布置。考虑到减少周围地层对预埋杆件的影响，在预埋杆件的外部布置套管11，使预埋杆件与周围地层分离，这样预埋杆件和地层之间没有联系，不会发生相互之间的影响。而测点上下地层产生的竖向位移，只会对外部的套管11产生影响，不会影响到内部预埋杆件的作用，而在地表进行位移测量时，仅测量预埋杆件端部的位移，由于预埋杆件在测量过程中不产生平移，测量获得的位移值即为预埋杆件底部土体的位移。考虑到不同深度的土层位移的测量要求，将测量预埋杆件设计成可以接长的方式。
由于预埋杆件的直径小于外部的套管11，装置1周围的水土容易进入预埋杆件和套管11之间的间隙，如果在低温条件下水或土体进入套管11内部，进入套管11内部的水或土体会结成冰，导致的套管11与预埋杆体不能发生相对位移，而套管11与外部土体之间的摩擦力较大，使得位移计测出的结果有严重偏差，为了避免这一问题的发生，使得本发明尤其适用于低温环境下的土体位移测量和冻结法施工中的土体冻胀量测量，本发明在套管11与预埋杆体之间布置三圈弹性橡胶圈19进行密封，可以阻止泥水进入套管11内。圈橡胶19分别设于顶杆13和底座14上，橡胶圈19的外径大于套管11的内径0.5mm，其中顶杆12上部设置的橡胶圈19中的最顶部的一圈位于套管11顶部向下一定距离范围以内的位置，一般为10cm；底座14上部设置的橡胶圈19中最底部的一圈位于套管11底部向上一定距离范围以内的位置，一般为5cm，避免了土体及水进入套管11内部，影响位移计的测量结果。
弹性橡胶圈19充填预埋杆件和套管11之间的空隙后，由于装置1埋深一般较浅，套管11周围水土压力较小，橡胶圈19的密封效果要求低，而套管11内壁是光滑的，较小的作用力的情况下，可以保证预埋杆件的上下移动。
当土体发生向上位移时，土体变形产生的作用力一般都较大，作用在预埋杆件底部底座14的作用力较大，可以使预埋杆件上下移动。而当土体发生向下位移时，预埋杆件底座14的重量就可以克服橡胶圈19的阻力，使预埋杆件向下移动。所以橡胶圈19的存在，对分层位移的测试结果影响不大。
位移计21固定于顶杆的正上方，位移计21的底部与一磁性底座22连接，位移计21的底部设有一顶针23，于被测土体周边架设一固定型钢24，固定型钢24的高度保持在一固定的水平高度，位移计21通过磁性底座22固定于固定型钢24上，位移计21的顶针23顶在顶杆12顶部的凹槽17内，位移计21的中心对称线与顶杆12的中心对称线位于同一直线上。
在该物理模拟实验中，本发明分层测量土体位移的方法具体如下：
a、根据所测土层深度的不同，选择接长杆13数量为1至4根，长度都为30cm，利用带有内螺纹的丝扣16通过顶杆12下端、接长杆13两端以及底座14上端设置的外螺纹15将顶杆12、接长杆13和底座14连接成一体，构成预埋杆体，使预埋杆体的长度大于被测土体20的深度；
b、选择合适长度的套管11，将预埋杆体套设于套管11内，构成装置1，使套管11的长度加上装置1的量程大于被测土体20的深度，其中，装置1的量程为套管11的底部与底座14的底部底盘18上表面之间的距离；
c、使用打钻或预埋的方式将装置1置于被测土体20内。
使用打钻的方式将装置1置于所述被测土体内，包括步骤：
于地面钻孔，钻孔的直径大于底座14底盘的直径，钻孔的深度为被测土体20的深度；
夯实钻孔底部的土体，将装置1置于所述钻孔内，底座14的底盘18置于钻孔底部的土体上；
于套管11与钻孔之间回填土体，从而将装置1置于被测土体20内。
使用预埋的方式将装置1置于被测土体20内，包括步骤：
填土至被测土体20的测点高度，夯实测点周围的土体，将装置1置于测点上，底座14的底盘18置于测点的土体上；
继续填土至预定高度，从而将装置1置于被测土体20内。
d、在顶杆12的正上方架设位移计21，将位移计21的顶针23顶在顶杆12顶部的凹槽17内，测量被测土体20的位移。
在需要布置位移计21的方位附近布置固定型钢24，固定型钢24的基础架设在试验土箱的混凝土结构上，远离被测土体20，不受被测土体20沉降的影响，位移计21选用YHD-50型电阻式位移计，通过磁性底座22将位移计21固定在固定型钢24上，调整位移计21的角度，使位移计21的中心对称线与顶杆12的中心对称线位于同一直线上，将位移计21的顶针23顶在顶杆12顶部设置的凹槽17内。
在上述冻结试验中，由于在顶杆12上部和底座14上部设置了橡胶圈19，经过实测发现，未有土体或水进入套管11，根据监测结果，四处分层位移测点均测得明显的位移，各处的位移值均符合运用数值模拟软件模拟该试验所得的结果，达到了预期效果。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种分层测量土体位移的装置，其特征在于所述装置包括：
一套管，所述套管埋设于被测土体内；
一预埋杆件，所述预埋杆件可移动穿设于所述套管内，所述预埋杆件包括一接长杆，所述接长杆的顶部连接一顶杆，所述接长杆的底部连接一底座，所述顶杆的顶部设有一凹槽，所述底座的底部延伸出所述套管的底部并形成一底盘，所述底盘置于被测点上；
一位移计，所述位移计固定于所述顶杆的正上方，并且所述位移计的顶针顶在所述凹槽内，所述位移计的中心对称线与所述预埋杆件的中心对称线位于同一直线；
所述接长杆分别与所述顶杆和所述底座之间通过丝扣连接，所述接长杆的端部、所述顶杆的下端和所述底座的上端分别设有外螺纹，所述丝扣的内侧对应所述外螺纹设有内螺纹；
所述接长杆为一可调节长度的杆体，包括复数个单元杆体，所述单元杆体之间通过复数个丝扣连接接长，所述单元杆体的两端分别设有外螺纹，所述丝扣的内侧对应所述外螺纹设有内螺纹。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：在所述预埋杆件与所述套管之间，所述预埋杆件的所述顶杆和所述底座上分别设有复数个橡胶圈，所述橡胶圈的外径大于所述套管的内径，所述套管为PVC管。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述顶杆上设置的所述橡胶圈中最顶部的一圈位于距离所述套管的顶部向下一定距离的位置，所述底座上设置的所述橡胶圈中最底部的一圈位于距离所述套管的底部向上一定距离的位置。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述装置的量程等于所述套管的底部与所述底座的底盘上表面之间的距离。
5.一种分层测量土体位移的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
按照设计要求，利用带有内螺纹的丝扣连接接长杆，并在所述接长杆的顶部利用丝扣连接一顶杆，在接长杆的底部利用丝扣连接一底座，形成预埋杆件，使所述预埋杆件的长度大于被测土体的深度；
将所述预埋杆件套设于一套管内，使所述底座的底部延伸出所述套管的底部并形成一底盘，使所述套管的长度加上所述套管的底部与所述底盘上表面之间的距离大于所述被测土体的深度；
将所述预埋杆件与所述套管置于所述被测土体内；
将所述位移计固定在所述顶杆的正上方，并使所述位移计的顶针顶在所述顶杆顶部的凹槽内，测量所述被测土体的位移。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：使用打钻的方式将所述预埋杆件与所述套管置于所述被测土体内，包括步骤：
于地面钻孔，所述钻孔的直径大于所述底座底盘的直径，所述钻孔的深度为所述被测土体的深度；
夯实所述钻孔底部的土体，将所述预埋杆件与所述套管置于所述钻孔内；
回填所述套管与所述钻孔之间的土体。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：使用预埋的方式将所述预埋杆件与所述套管置于所述被测土体内，包括步骤：
填土至所述被测土体的被测点高度，夯实所述被测点周围的土体，将所述预埋杆件与所述套管置于所述被测点上；
继续填土至预定高度。
8.如权利要求6或7中任一项所述的方法，其特征在于：所述位移计的底部与一磁性底座连接，所述位移计的顶部设有一顶针，于所述被测土体周边架设一固定型钢，所述位移计通过所述磁性底座固定于所述固定型钢上，所述位移计的顶针顶在所述顶杆顶部的所述凹槽内，所述位移计的中心对称线与所述顶杆的中心对称线位于同一直线上，利用所述位移计测量所述被测土体的位移。
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