CN103808435A - 岩土压力传感器埋设装置及其埋设方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种岩土压力传感器埋设装置及其埋设方法；装置包括圆柱形薄壁容器、顶座、上密封条、下密封条、内衬、外衬、束带和压力传感器；方法包括配置土压力传感器埋设装置，挖埋设坑，平整传感器基面，倒置压力传感器埋设装置，回填原土体材料，抽除圆柱形薄壁容器，最终回填等步骤；本发明开挖坑槽小，传感器所需的保护层尺寸小，能提高了埋设的效率，提高了测量精度，且能防止保护层在震动碾压中被震散，解决了在粗粒料中埋设传感器中的问题。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程领域，特别是一种岩土压力传感器埋设装置及其埋设方法。
背景技术
在现在的岩土工程、水利水电工程以及水运工程建设中，越来越多地使用到岩土压力传感器测量粗颗粒材料介质中的压力，例如：水利水电工程中，建造堆石坝的过程需要监测坝体关键部位的土压力；道路工程中，需要监测路基反力，水运工程中也时常需要埋设土压力计以监测结构安全状况；另外，在针对粗颗粒材料的科学研究中，往往也需要原位岩土应力的数据，由于其颗粒较大，常规室内实验方法无法获取，只能通过现场埋设土压力计的方式获得，而现有的现场埋设的测量装置主要是用于细颗粒土中的压力测量，例如粘土、粉土等，而对粗颗粒的岩土中压力的测量，现有的技术仍有许多不足。
土压力传感器的测量精度受很多因素影响，相当复杂，例如传感器自身的形状、刚度，埋设介质的刚度、颗粒级配、压实度等。总体来说，影响传感器测量精度的因素是传感器自身特性以及埋设条件。其中，埋设条件很大程度上受传感器埋设方法的影响。
对于填方中岩土传感器埋设，一般步骤如下：
1、开挖（非坑埋设法此步骤省略）。在预定的埋设挖坑槽至预定的埋设高程。坑槽面积约为1.2m×1.2m，依据填方材料不同，槽深一般在1.2m左右。
2、平整传感器埋设基床面，使其密实、均匀、平整。一般基床面需要垫层料制备。
3、按照要求安放传感器。
4、保护传感器。一般采用级配砂在其感应膜上方制备保护层，粗粒料中的传感器可适当放宽保护层颗粒尺寸要求。保护层应分层碾压制备，保证密实
5、回填原介质。薄层铺料，专门压实，使传感器周围材料的级配，含水量、密度与临近土方接近。
从上述步骤可以看出，传统埋设传感器方法应用于粗颗粒料中，存在下列缺点：
1、需要挖设直径1.2m左右的坑槽，需要大量的垫层料和原介质土回填，回填质量无法得到有效控制，对原介质产生扰动，改变了原介质土体的物理力学性质。
2、的传感器上方保护层的尺寸过大，保护层质量不高，改变传感器周围受力情况，使得所测量的数据不能代表原介质自身性质；
3、埋设效率低下问题，开挖量大，安装配置需要花费大量人力物力；
4、传感器测量有效性得不到保证。在粗颗粒土石料中埋设土压力盒测量时，可能由于其颗粒较大，造成传感器敏感面局部产生应力集中，影响测量精确程度；可能由于介质透水性能较好，传感器与大量水接触后失效；而且，由于保护层材料颗粒较细，可能在震动碾压过程中振散入原介质土体中，降低了测量数据的有效性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种开挖坑槽小，传感器所需的保护层尺寸小，能提高了埋设的效率，提高了测量精度，且能防止保护层在震动碾压中被震散的岩土压力传感器埋设装置及其埋设方法，以解决在粗粒料中埋设传感器中的问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种岩土压力传感器埋设装置，包括圆柱形薄壁容器、顶座、上密封条、下密封条、内衬、外衬、束带和压力传感器，顶座位于圆柱形薄壁容器顶部，圆柱形薄壁容器内设有保护层材料，内衬设置在圆柱形薄壁容器和保护层材料之间，外衬设置在圆柱形薄壁容器外侧；所述圆柱形薄壁容器由底板和侧壁组成，侧壁上设有槽口，压力传感器位于保护层材料之间，压力传感器与传感器线缆相连，所述传感器线缆穿过内衬、圆柱形薄壁容器侧壁槽口以及外衬延伸至外部；上密封条和下密封条分别设置在槽口处传感器线缆上下两端。
一种岩土压力传感器埋设方法，包括以下步骤：
步骤一：配置土压力传感器埋设装置，在圆柱形薄壁容器侧壁内部涂一层润滑剂，放入土工合成材料的内衬，形成口袋状；在圆柱形薄壁容器侧壁槽口下端安装下密封条，将保护层材料倒入圆柱形薄壁容器内，填充至与下密封条的上端平齐的位置，碾压密实，平整；将传感器的承压面朝下，平稳安放于保护层材料上，传感器线缆从未封闭的槽口处引出；内衬从槽口中引出一部分，包裹一部分传感器线缆，并用线缆束带与传感器线缆固定；将上密封条卡入槽口内，封堵槽口上部空隙；将保护层材料倒入圆柱形薄壁容器内，填充至圆柱形薄壁容器顶部，在圆柱形薄壁容器外围上部用束带锁紧，压实，平整，封口内衬；圆柱形薄壁容器整体外侧涂抹一层润滑剂，倒置圆柱形薄壁容器，将其整体放于预先准备好的外衬上，用外衬包裹圆柱形薄壁容器，并用外衬束带封口；安装顶座，用线绳将其与圆柱形薄壁容器绑扎在一起，成为一个整体；
步骤二：挖埋设坑，直径不小于圆柱形薄壁容器的直径+40cm，且不大于1m；
步骤三：平整传感器基面，铺设标准砂垫层；
步骤四：将预制好的土压力传感器埋设装置底座朝上、传感器承压面朝上，安放在基面上，抽除顶座，然后再将束带解除；
步骤五：回填原土体材料至圆柱形薄壁容器底板，压实至与原土体材料相同的密实度；
步骤六：将圆柱形薄壁容器拔出，使得与由外衬隔离的外部土体和由内衬包裹的保护层分离；
步骤七：继续回填原材料，分层碾压，控制其密实度与原土体相同，直到回填料填满整个埋设坑。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
（1）本发明使岩土压力传感器保护层配置可在实验室环境内进行，使得保护层参数及配置过程可控，提高保护层质量，改善传感器压力膜附近受力条件，提高传感器测量精度，进而减少了为满足测量精度要求所需的传感器保护层尺寸。
（2）本发明配置方便、埋设方法简洁，使得埋设传感器所需要的原介质开挖量大大减少，能够提高埋设效率，从而节约成本；
（3）本发明使得埋设过程垫层尺寸与开挖量均得到减少，原土体介质的扰动也较少，使所测量的土压力更具代表性。
（4）本发明有效解决了在粗颗粒土体中埋设的传感器保护层材料可能在震动碾压过程中振散、透水等问题。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明岩土压力传感器埋设装置的总体结构示意图。
具体实施方式
结合图1：
本发明一种岩土压力传感器埋设装置，包括圆柱形薄壁容器1、顶座2、上密封条3、下密封条4、内衬5、外衬6、束带7和压力传感器8，顶座2位于圆柱形薄壁容器1顶部，圆柱形薄壁容器内1设有保护层材料，内衬5设置在圆柱形薄壁容器1和保护层材料之间，外衬6设置在圆柱形薄壁容器1外侧；所述圆柱形薄壁容器1由底板和侧壁组成，侧壁上设有槽口，压力传感器8位于保护层材料之间，压力传感器8与传感器线缆9相连，所述传感器线缆9穿过内衬5、圆柱形薄壁容器1侧壁槽口以及外衬6延伸至外部；上密封条3和下密封条4分别设置在槽口处传感器线缆9上下两端。
保护层材料采用细颗粒材料，最大粒径小于传感器所埋入土层的最大粒径，且小于传感器8承压板直径的1/30。
压力传感器8在水平方向上位于上密封条3和下密封条4之间。
圆柱形薄壁容器1、顶座2和束带7均为不锈钢材质。
上密封条3和下密封条4采用泡沫塑料。
内衬5和外衬6采用土工合成材料制成，内衬5与圆柱形薄壁容器1之间以及外衬6与圆柱形薄壁容器1之间均涂有润滑剂。
压力传感器8为土压力传感器。
传感器线缆9与内衬5之间做防水处理。
一种岩土压力传感器埋设方法，包括以下步骤：
步骤一：配置土压力传感器埋设装置，在圆柱形薄壁容器1侧壁内部涂一层润滑剂，放入土工合成材料的内衬5，形成口袋状；在圆柱形薄壁容器1侧壁槽口下端安装下密封条4，将保护层材料倒入圆柱形薄壁容器1内，填充至与下密封条4的上端平齐的位置，碾压密实，平整；将传感器8的承压面朝下，平稳安放于保护层材料上，传感器线缆9从未封闭的槽口处引出；内衬6从槽口中引出一部分，包裹一部分传感器线缆9，并用线缆束带与传感器线缆9固定；将上密封条3卡入槽口内，封堵槽口上部空隙；将保护层材料倒入圆柱形薄壁容器1内，填充至圆柱形薄壁容器1顶部，在圆柱形薄壁容器1外围上部用束带7锁紧，压实，平整，封口内衬5；圆柱形薄壁容器1整体外侧涂抹一层润滑剂，倒置圆柱形薄壁容器1，将其整体放于预先准备好的外衬6上，用外衬6包裹圆柱形薄壁容器1，并用外衬束带封口；安装顶座2，用线绳将其与圆柱形薄壁容器1绑扎在一起，成为一个整体；
步骤二：挖埋设坑，直径不小于圆柱形薄壁容器1的直径+40cm，且不大于1m；
步骤三：平整传感器基面，铺设标准砂垫层；
步骤四：将预制好的土压力传感器埋设装置底座朝上、传感器承压面朝上，安放在基面上，抽除顶座2，然后再将束带7解除；
步骤五：回填原土体材料至圆柱形薄壁容器1底板，压实至与原土体材料相同的密实度；
步骤六：将圆柱形薄壁容器1拔出，使得与由外衬6隔离的外部土体和由内衬5包裹的保护层分离；
步骤七：继续回填原材料，分层碾压，控制其密实度与原土体相同，直到回填料填满整个埋设坑。
实施例：
一种岩土压力传感器埋设装置，包括圆柱形薄壁容器1、顶座2、上密封条3、下密封条4、内衬5、外衬6、束带7和压力传感器8，顶座2位于圆柱形薄壁容器1顶部，圆柱形薄壁容器内1设有保护层材料，内衬5设置在圆柱形薄壁容器1和保护层材料之间，外衬6设置在圆柱形薄壁容器1外侧；所述圆柱形薄壁容器1由底板和侧壁组成，侧壁上设有槽口，压力传感器8位于保护层材料之间，压力传感器8与传感器线缆9相连，所述传感器线缆9穿过内衬5、圆柱形薄壁容器1侧壁槽口以及外衬6延伸至外部；上密封条3和下密封条4分别设置在槽口处传感器线缆9上下两端。
保护层材料采用细颗粒材料，最大粒径在5cm，土压力传感器8直径为22cm。
压力传感器8在水平方向上位于上密封条3和下密封条4之间。
圆柱形薄壁容器1、顶座2和束带7均为不锈钢材质。
上密封条3和下密封条4采用泡沫塑料。
内衬5和外衬6采用土工合成材料制成，内衬5与圆柱形薄壁容器1之间以及外衬6与圆柱形薄壁容器1之间均涂有润滑剂。
压力传感器8为土压力传感器。
传感器线缆9与内衬5之间做防水处理。
具体的配置过程如下：
预制时，配置土压力传感器埋设装置，在圆柱形薄壁容器1侧壁内部涂一层润滑剂，放入土工合成材料的内衬5，形成口袋状；在圆柱形薄壁容器1侧壁槽口下端安装下密封条4，将保护层材料倒入圆柱形薄壁容器1内，填充至与下密封条4的上端平齐的位置，压实至最大干密度，平整；将传感器8的承压面朝下，平稳安放于保护层材料上，传感器线缆9从未封闭的槽口处引出；内衬6从槽口中引出一部分，包裹一部分传感器线缆9，并用线缆束带与传感器线缆9固定；将上密封条3卡入槽口内，封堵槽口上部空隙；将保护层材料倒入圆柱形薄壁容器1内，填充至圆柱形薄壁容器1顶部，在圆柱形薄壁容器1外围上部用束带7锁紧，压实至最大干密度，平整，封口内衬5圆柱形薄壁容器1整体外侧涂抹一层润滑剂，倒置圆柱形薄壁容器1，将其整体放于预先准备好的外衬6上，用外衬6包裹圆柱形薄壁容器1，并用外衬束带封口；安装顶座2，用线绳将其与圆柱形薄壁容器1绑扎在一起，成为一个整体。
具体的埋设过程如下：
1、挖埋设坑，直径为80cm，其中圆柱形薄壁容器1的直径为30cm（非坑埋法可此步骤省略，但需设传感器安装台以固定传感器）。
2、平整传感器基面，铺设标准砂垫层。
3、将预制好的土压力传感器埋设装置倒置（底座朝上、传感器承压面朝上）安放在基面上，抽除顶座2，然后再将不锈钢束带7解除；
4、回填原土体材料至圆柱形薄壁容器1底板，压实至与原土体相同密实度；
5、将圆柱形薄壁容器1拔出与由外衬6隔离的外部土体，由内衬5包裹的砂保护层分离，其中上密封条3、下密封条4，将留至于埋设介质中，但不会对埋设精度造成影响。
6、继续回填原材料，分层小心碾压，并控制密实度与原土体相同，直到材料填满整个埋设坑。
Claims (9)
1.一种岩土压力传感器埋设装置，其特征在于，包括圆柱形薄壁容器（1）、顶座（2）、上密封条（3）、下密封条（4）、内衬（5）、外衬（6）、束带（7）和压力传感器（8）；顶座（2）位于圆柱形薄壁容器（1）顶部，圆柱形薄壁容器内（1）设有保护层材料，内衬（5）设置在圆柱形薄壁容器（1）和保护层材料之间，外衬（6）设置在圆柱形薄壁容器（1）外侧；所述圆柱形薄壁容器（1）由底板和侧壁组成，侧壁上设有槽口，压力传感器（8）位于保护层材料之间，压力传感器（8）与传感器线缆（9）相连，所述传感器线缆（9）穿过内衬（5）、圆柱形薄壁容器（1）侧壁槽口以及外衬（6）延伸至外部；上密封条（3）和下密封条（4）分别设置在槽口处传感器线缆（9）上下两端。
2.根据权利要求1所述的一种岩土压力传感器埋设装置，其特征在于：所述的保护层材料采用细颗粒材料，最大粒径小于传感器所埋入土层的最大粒径，且小于传感器（8）承压板直径的1/30。
3.根据权利要求1所述的一种岩土压力传感器埋设装置，其特征在于：所述的压力传感器（8）在水平方向上位于上密封条（3）和下密封条（4）之间。
4.根据权利要求1所述的一种岩土压力传感器埋设装置，其特征在于：所述的圆柱形薄壁容器（1）、顶座（2）和束带（7）均为不锈钢材质。
5.根据权利要求1所述的一种岩土压力传感器埋设装置，其特征在于：所述的上密封条（3）和下密封条（4）采用泡沫塑料。
6.根据权利要求1所述的一种岩土压力传感器埋设装置，其特征在于：所述的内衬（5）和外衬（6）采用土工合成材料制成，内衬（5）与圆柱形薄壁容器（1）之间以及外衬（6）与圆柱形薄壁容器（1）之间均涂有润滑剂。
7.根据权利要求1所述的一种岩土压力传感器埋设装置，其特征在于：所述的压力传感器（8）为土压力传感器。
8.根据权利要求1所述的一种岩土压力传感器埋设装置，其特征在于：所述的传感器线缆（9）与内衬（5）之间做防水处理。
9.一种岩土压力传感器埋设方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：配置土压力传感器埋设装置，在圆柱形薄壁容器（1）侧壁内部涂一层润滑剂，放入土工合成材料的内衬（5），形成口袋状；在圆柱形薄壁容器（1）侧壁槽口下端安装下密封条（4），将保护层材料倒入圆柱形薄壁容器（1）内，填充至与下密封条（4）的上端平齐的位置，碾压密实，平整；将传感器（8）的承压面朝下，平稳安放于保护层材料上，传感器线缆（9）从未封闭的槽口处引出；内衬（6）从槽口中引出一部分，包裹一部分传感器线缆（9），并用线缆束带与传感器线缆（9）固定；将上密封条（3）卡入槽口内，封堵槽口上部空隙；将保护层材料倒入圆柱形薄壁容器（1）内，填充至圆柱形薄壁容器（1）顶部，在圆柱形薄壁容器（1）外围上部用束带（7）锁紧，压实，平整，封口内衬（5）；圆柱形薄壁容器（1）整体外侧涂抹一层润滑剂，倒置圆柱形薄壁容器（1），将其整体放于预先准备好的外衬（6）上，用外衬（6）包裹圆柱形薄壁容器（1），并用外衬束带封口；安装顶座（2），用线绳将其与圆柱形薄壁容器（1）绑扎在一起，成为一个整体；
步骤二：挖埋设坑，直径不小于圆柱形薄壁容器（1）的直径+40cm，且不大于1m；
步骤三：平整传感器基面，铺设标准砂垫层；
步骤四：将预制好的土压力传感器埋设装置（1）底座朝上、传感器承压面朝上，安放在基面上，抽除顶座（2），然后再将束带（7）解除；
步骤五：回填原土体材料至圆柱形薄壁容器（1）底板，压实至与原土体材料相同的密实度；
步骤六：将圆柱形薄壁容器（1）拔出，使得与由外衬（6）隔离的外部土体和由内衬（5）包裹的保护层分离；
步骤七：继续回填原材料，分层碾压，控制其密实度与原土体相同，直到回填料填满整个埋设坑。
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