CN105716570A - 一种可调节的基于多电阻式孔压计的沉降测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调节的基于多电阻式孔压计的沉降测量装置及测量方法，所述装置包括竖向密闭管、基准电阻式孔压计、大量程电阻式孔压计、小量程电阻式孔压计、电控三通、电压表。埋置于非沉降影响区域的基准电阻式孔压计和并排埋置于沉降影响区域的大量程电阻式孔压计、小量程电阻式孔压计分别通过塑料软管与竖向密闭管相连，并形成一个充满液体的密闭系统。本发明基于将土体沉降转化为测量密闭系统内液体压力变化的原理，测量精度高、操作简便、可适用于不同土体变形下的沉降测量，并且本发明不会影响工程的正常施工使用，保证了检测人员的人身安全。

Description

一种可调节的基于多电阻式孔压计的沉降测量装置及测量方法

技术领域

本发明专利涉及软土地基沉降的技术领域，具体来说是一种可调节的基于多电阻式孔压计的沉降测量装置及测量方法。

背景技术

地基在建筑物的荷载作用下，随着的超孔隙水压力的消散、有效应力的增长都会产生沉降。如果发生地基沉降，特别是发生不均匀沉降，一旦超过地基上建筑物所允许的范围，轻则影响建筑物的正常使用，严重时甚至会导致建筑开裂倾斜、路基沉陷、堤坝坍塌等情况，地基的沉降对于建筑物的安全有着重大的影响，因此地基沉降问题是工程人员十分关心的，在实际工程中需要进行实地现场量测，以明确工程中的实际沉降量。

一般而言，目前沉降观测按照观测部位可分为表层沉降观测、深层(分层)沉降观测和断面沉降观测。现今工程中普遍采用的是表层沉降观测，即通过在现场埋设沉降板，上接沉降标，用水准仪测量其高度的变化，进而推算出该区域地基的沉降，但该方法并非一种方便的测量方法，并且可能在操作的过程中对施工产生严重的干扰，在工地这种复杂的环境中也不能够保证监测人员的安全。

不言而喻，获取“地基沉降真实数据”主要取决于地基沉降监测装置和方法的简洁性、精确性。目前地基沉降监测技术领域中，涉及地基沉降监测的装置，例如中国专利ZL02218324.8公开的一种埋入式沉降观测装置，该装置虽然在结构的简易性，操作的方便性等方面有了极大的改善。但该装置还是存在很多的缺陷：

(1)在装置中观测管通过导管连接沉降容器，但是只有当装置中有足够的水时，才能满足装置工作的条件；

(2)在监测的过程中，需要将观测管上部打开，这样会使装置内水分蒸发影响测量的精度。

发明内容

本发明的目的是在于克服上述传统沉降观测的缺陷，提供一种结构简单、测量精度高、操作简便、可适用于不同土体变形下的沉降测量装置及测量方法。

为了达到上述目的，本发明专利是通过以下方案实现的：

一种可调节的基于多电阻式孔压计的沉降测量装置，包括竖向密闭管，竖向密闭管下端的一侧滑动安装有电控三通，电控三通的两个支管处分别安装有大量程电阻式孔压计和小量程电阻式孔压计，大量程电阻式孔压计和小量程电阻式孔压计通过导线与电压表一连接；电压表一与电控三通、大量程电阻式孔压计和小量程电阻式孔压计位于竖向密闭管的一侧，为沉降测量装置的沉降影响区域；

竖向密闭管下端异于安装电控三通的另一侧安装有基准电阻式孔压计，基准电阻式孔压计通过导线与电压表二连接；电压表二与基准电阻式孔压计位于竖向密闭管的另一侧，为沉降测量装置的非沉降影响区域；且所述竖向密闭管位于非沉降影响区域。

所述电控三通调节切换所述大量程电阻式孔压计、小量程电阻式孔压计与所述基准电阻式孔压计的连通。

所述电压表用于采集所述基准电阻式孔压计、大量程电阻式孔压计和小量程电阻式孔压计的数据。

进一步地，所述竖向密闭管上端设有抽气阀门和进水阀门。

进一步地，所述竖向密闭管垂直设置，且竖向密闭管内液体高程大于所述基准电阻式孔压计、大量程电阻式孔压计和小量程电阻式孔压计的埋置高程。

进一步地，所述基准电阻式孔压计、大量程电阻式孔压计和小量程电阻式孔压计分别通过塑料软管与竖向密闭管相连，连接处设置有接口，形成一个充满液体的密闭系统，该塑料软管外部包覆有聚乙烯管材。

一种利用可调节的基于多电阻式孔压计的沉降测量装置进行沉降测量的方法，包括以下操作步骤：

(一)准备阶段：保持进水阀门关闭，打开抽气阀门，采用真空设备抽气直至竖向密闭管和塑料软管内达到真空状态；打开进水阀门，直至竖向密闭管内充满液体，同时关闭进水阀门和抽气阀门保证竖向密闭管和塑料软管的密闭性；

(二)观测阶段：在沉降变形较大的施工期，通过电控三通调节切换至大量程电阻式孔压计，随着大量程电阻式孔压计与土体的同步沉降，通过电压表一实时采集密闭系统内的压力变化；在沉降变化较小的运营期通过电控三通调节切换至小量程电阻式孔压计，随着小量程电阻式孔压计与土体的同步沉降，通过电压表一实时采集密闭系统内的压力变化；

(三)数据处理阶段：采用下列换算公式将采集到的压力变化值转换为地基沉降值，式(1)和式(2)分别适用于施工期的大变形沉降情形和运营期的小变形沉降情形：

${\mathrm{\Δ}}_{i+1}=\frac{k_2(U_{j+1}-U_j)}{\mathrm{\ρ}g}-\frac{k_1(U_{i+1}-U_i)}{\mathrm{\ρ}g}---\left(1\right)$

${\mathrm{\Δ}}_{i+1}=\frac{k_3(U_{k+1}-U_k)}{\mathrm{\ρ}g}-\frac{k_1(U_{i+1}-U_i)}{\mathrm{\ρ}g}---\left(2\right)$

其中：Δ_i+1为第i+1次测得的沉降变化值，单位为mm；k₁、k₂、k₃分别为基准电阻式孔压计，大量程电阻式孔压计、小量程电阻式孔压计的转换系数，单位为kPa/V；U_i和U_i+1分别为基准电阻式孔压计第i次和第i+1次测得的压力读数，单位为V；U_j和U_j+1分别为大量程电阻式孔压计第j次和第j+1次测得的压力读数，U_k和U_k+1分别为小量程电阻式孔压计第k次和第k+1次测得的压力读数，单位为V；ρ为液体密度；g为当地重力加速度。

本发明的有益效果：

本发明基于将土体沉降转化为测量密闭系统内液体压力变化的原理，即通过埋置于非沉降影响区域的基准电阻式孔压计测得的密闭系统内液体压力是保持不变的，而埋置于沉降影响区域的大量程电阻式孔压计和小量程电阻式孔压计随土体同步沉降，测得的密闭系统内液体压力也随之变化，从而可将相邻两次测得的压力变化值转化为土体沉降值，测量方法简单高效。而且该沉降测量装置在沉降不同时期可以切换使用不同量程的电阻式孔压计，充分发挥三个压力传感器的优势，适用于量测施工期变形大和运营期工后沉降变形小的情形，并且本发明不影响工程正常施工运营且能够保证检测人员人身安全，测量精度高，可以满足规范要求。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下为本发明的实地实施范例，但是并不能以此为本发明的范围，即但凡依本发明申请专利范围所作的非实质性变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

本发明包括竖向密闭管1、基准电阻式孔压计2、大量程电阻式孔压计3、小量程电阻式孔压计4、塑料软管5、导线6、接口7、进水阀门8、抽气阀门9、电压表一10-1、电压表二10-2、聚乙烯管材11、电控三通12、蒸馏水13等技术特征。

特别说明的是，本发明中基准电阻式孔压计、大量程电阻式孔压计和小量程电阻式孔压计是为了区别三个孔压计在本发明所起作用不同而命名的，实际上它们均为电阻式孔压计，实现采集压力值，并将压力值转换为电压值显示在电压表上。

所述竖向密闭管和所述基准电阻式孔压计埋置于非沉降影响区域，所述大量程电阻式孔压计和所述小量程电阻式孔压计并排埋置于沉降影响区域。所述基准电阻式孔压计和所述大量程电阻式孔压计、所述小量程电阻式孔压计分别通过塑料软管与竖向密闭管下端的接口相连，并形成一个充满液体的密闭系统。所述电控三通用于调节切换所述大量程电阻式孔压计、所述小量程电阻式孔压计与所述基准电阻式孔压计的连通。所述电压表用于采集所述基准电阻式孔压计、所述大量程电阻式孔压计和所述小量程电阻式孔压计的数据。

进一步，所述竖向密闭管上端设有抽气阀门和进水阀门。

进一步，所述竖向密闭管垂直埋置，且管内液体高程大于所述基准电阻式孔压计、所述大量程电阻式孔压计和所述小量程电阻式孔压计的埋置高程。

进一步，所述塑料软管外部保护有聚乙烯管材。

下面参照说明书的附图1对软土地基沉降测量装置及其使用方法进行说明。

一种利用可调节的基于多电阻式孔压计的沉降测量装置进行沉降测量的方法，包括以下操作步骤：

(一)准备阶段：保持进水阀门关闭，打开抽气阀门，采用真空设备抽气直至竖向密闭管和塑料软管内达到真空状态；打开进水阀门，直至竖向密闭管内充满液体，同时关闭进水阀门和抽气阀门保证竖向密闭管和塑料软管的密闭性；

(二)观测阶段：在沉降变形较大的施工期，通过电控三通调节切换至大量程电阻式孔压计，随着大量程电阻式孔压计与土体的同步沉降，通过电压表一实时采集密闭系统内的压力变化；在沉降变化较小的运营期通过电控三通调节切换至小量程电阻式孔压计，随着小量程电阻式孔压计与土体的同步沉降，通过电压表一实时采集密闭系统内的压力变化；

(三)数据处理阶段：采用下列换算公式将采集到的压力变化值转换为地基沉降值，式(1)和式(2)分别适用于施工期的大变形沉降情形和运营期的小变形沉降情形：

${\mathrm{\Δ}}_{i+1}=\frac{k_2(U_{j+1}-U_j)}{\mathrm{\ρ}g}-\frac{k_1(U_{i+1}-U_i)}{\mathrm{\ρ}g}---\left(1\right)$

${\mathrm{\Δ}}_{i+1}=\frac{k_3(U_{k+1}-U_k)}{\mathrm{\ρ}g}-\frac{k_1(U_{i+1}-U_i)}{\mathrm{\ρ}g}---\left(2\right)$

其中：Δ_i+1为第i+1次测得的沉降变化值，单位为mm；k₁、k₂、k₃分别为基准电阻式孔压计，大量程电阻式孔压计、小量程电阻式孔压计的转换系数，单位为kPa/V；U_i和U_i+1分别为基准电阻式孔压计第i次和第i+1次测得的压力读数，单位为V；U_j和U_j+1分别为大量程电阻式孔压计第j次和第j+1次测得的压力读数，U_k和U_k+1分别为小量程电阻式孔压计第k次和第k+1次测得的压力读数，单位为V；ρ为液体密度；g为当地重力加速度。

将基准电阻式孔压计、大量程电阻式孔压计和小量程电阻式孔压计分别埋设于预先设定的沉降影响区域和非沉降影响区域。

将土体沉降转化为测量密闭系统内液体压力变化的原理，即通过埋置于非沉降影响区域的基准电阻式孔压计测得的密闭系统内液体压力是保持不变的，而埋置于沉降影响区域的大量程电阻式孔压计和小量程电阻式孔压计随土体同步沉降，测得的密闭系统内液体压力也随之变化，从而可将相邻两次测得的压力变化值转化为土体沉降值，测量方法简单高效。

在测量之前，测量沉降影响区域和非沉降影响区域处的水压，作为初始读数。以非沉降影响区域作为标准，用沉降影响区域的数据与之进行比较。

Claims (5)

1.一种可调节的基于多电阻式孔压计的沉降测量装置，其特征在于：包括竖向密闭管，竖向密闭管下端的一侧滑动安装有电控三通，电控三通的两个支管处分别安装有大量程电阻式孔压计和小量程电阻式孔压计，大量程电阻式孔压计和小量程电阻式孔压计通过导线与电压表一连接；电压表一与电控三通、大量程电阻式孔压计和小量程电阻式孔压计位于竖向密闭管的一侧，为沉降测量装置的沉降影响区域；

竖向密闭管下端异于安装电控三通的另一侧安装有基准电阻式孔压计，基准电阻式孔压计通过导线与电压表二连接；电压表二与基准电阻式孔压计位于竖向密闭管的另一侧，为沉降测量装置的非沉降影响区域；且所述竖向密闭管位于非沉降影响区域。

2.根据权利要求1所述的一种可调节的基于多电阻式孔压计的沉降测量装置，其特征在于：所述竖向密闭管上端设有抽气阀门和进水阀门。

3.根据权利要求1所述的一种可调节的基于多电阻式孔压计的沉降测量装置，其特征在于：所述竖向密闭管垂直设置，且竖向密闭管内液体高程大于所述基准电阻式孔压计、大量程电阻式孔压计和小量程电阻式孔压计的埋置高程。

4.根据权利要求1所述的一种可调节的基于多电阻式孔压计的沉降测量装置，其特征在于：所述基准电阻式孔压计、大量程电阻式孔压计和小量程电阻式孔压计分别通过塑料软管与竖向密闭管相连，连接处设置有接口，形成一个充满液体的密闭系统，该塑料软管外部包覆有聚乙烯管材。

5.一种利用可调节的基于多电阻式孔压计的沉降测量装置进行沉降测量的方法，其特征在于：包括以下操作步骤：

(一)准备阶段：保持进水阀门关闭，打开抽气阀门，采用真空设备抽气直至竖向密闭管和塑料软管内达到真空状态；打开进水阀门，直至竖向密闭管内充满液体，同时关闭进水阀门和抽气阀门保证竖向密闭管和塑料软管的密闭性；

(二)观测阶段：在沉降变形较大的施工期，通过电控三通调节切换至大量程电阻式孔压计，随着大量程电阻式孔压计与土体的同步沉降，通过电压表一实时采集密闭系统内的压力变化；在沉降变化较小的运营期通过电控三通调节切换至小量程电阻式孔压计，随着小量程电阻式孔压计与土体的同步沉降，通过电压表一实时采集密闭系统内的压力变化；

(三)数据处理阶段：采用下列换算公式将采集到的压力变化值转换为地基沉降值，式(1)和式(2)分别适用于施工期的大变形沉降情形和运营期的小变形沉降情形：

${\mathrm{\Δ}}_{i+1}=\frac{k_2(U_{j+1}-U_j)}{\mathrm{\ρ}g}-\frac{k_1(U_{i+1}-U_i)}{\mathrm{\ρ}g}---\left(1\right)$

${\mathrm{\Δ}}_{i+1}=\frac{k_3(U_{k+1}-U_k)}{\mathrm{\ρ}g}-\frac{k_1(U_{i+1}-U_i)}{\mathrm{\ρ}g}---\left(2\right)$

其中：Δ_i+1为第i+1次测得的沉降变化值，单位为mm；k₁、k₂、k₃分别为基准电阻式孔压计，大量程电阻式孔压计、小量程电阻式孔压计的转换系数，单位为kPa/V；U_i和U_i+1分别为基准电阻式孔压计第i次和第i+1次测得的压力读数，单位为V；U_j和U_j+1分别为大量程电阻式孔压计第j次和第j+1次测得的压力读数，U_k和U_k+1分别为小量程电阻式孔压计第k次和第k+1次测得的压力读数，单位为V；ρ为液体密度；g为当地重力加速度。