CN105891000A - 一种用于土体分层变形监测的智能测试装置、测量标定方法和评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于土体分层变形监测的智能测试装置，它包括容土装置、加压装置和百分表，所述容土装置设置在加压装置的固定槽内，百分表与容土装置固定连接。其中：所述容土装置包括一个容器A、多个容器B、固定环和固定螺丝；所述容器A为有底面和无顶面的圆柱形容器；所述容器B为无底面和无顶面的圆柱形容器。所述加压装置包括底座、电动机、数控液压杆、设有圆柱形压块的顶板、压力传感器、数据线以及可精确控制施加压力大小的智能控制器；所述智能控制器包括带有测力数据卡、工业计算机和显示器的数据采集处理系统。本发明能够简便而又精确地测试小型室内模拟土体分层变形状况，并在其定位精度等方面给出测量标定方法和综合评价方法。

Description

一种用于土体分层变形监测的智能测试装置、测量标定方法和评价方法

技术领域

本发明属于地面变形监测技术领域，特别是涉及一种用于土体分层变形监测的智能测试装置、测量标定方法和评价方法。

背景技术

目前我国已经有50多个城市发生地面沉降灾害，占世界之最，我国地面沉降监测以长江三角洲、华北平原和汾渭盆地作为重点区域。目前工程上对竖向分层位移的监测，主要通过位移计或埋设光纤进行量测。传统的位移计等点式监测设备，采用电阻式、电感式、电容式、压电式等传感器，易受雷击等电磁干扰大，故障概率高。而利用光纤进行监测，对于光纤的性能要求高，这种监测技术的工程量较大，监测周期较长，且如何对其精度和工程实用性进行评价目前还是空白。而且这些技术都无法满足精确控制测量某一层地层的变形量或改变某几层不同地层的变形量。中国专利申请201420406826.3公开的一种“地面沉降分层原位监测装置”，它虽然实现了对地面沉降的分层、自动监测采集数据，但还是存在以下不足：一是无线信号在传输过程中容易受到外界因素的干扰；电涡流传感器的灵敏度问题，容易造成数据不精确；二是需要不断提升探头并人工判断是否分层，工作量大，操作过程复杂。中国专利申请201520553274.3公开的一种“监测土体分层沉降布置结构”，可以反应出顶管施工时引起的分层沉降，但是只能反应认为规定土层之间的沉降情况，不能将实际地层的分层沉降变现出来。

综上所述，探索一种集性能可靠、智能化程度高、观测精度高、数据量充足、使用简便和成本可控等为一体的新型土体分层变形监测的测试装置，是一项紧迫的任务。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术所存在的不足而提供一种用于土体分层变形监测的智能测试装置、测量标定方法和评价方法，本发明能够以简便而又精确地测试小型室内模拟土体分层变形状况，并在其定位精度、工程实用性等多方面 给出测量标定方法和评价方法。

根据本发明提出的一种用于土体分层变形监测的智能测试装置，其特征在于，包括容土装置、加压装置和百分表，所述容土装置设置在加压装置的固定槽内，百分表与容土装置固定连接；其中，所述容土装置包括一个容器A、多个容器B、固定环和固定螺丝；所述容器A为有底面和无顶面的圆柱形容器；所述容器B为无底面和无顶面的圆柱形容器。本发明所述加压装置包括底座、电动机、数控液压杆、设有圆柱形压块的顶板、压力传感器、数据线、电源线以及可精确控制施加压力大小的智能控制器；所述智能控制器包括带有测力数据卡、工业计算机和显示器的数据采集处理系统。所述固定环为Ω形的半圆形圆环，所述Ω形的内壁中间向外凸出、Ω形直径向的一端为设有螺丝孔的短长方体、Ω形直径向的另一端为设有固定半圆形圆环螺丝孔的长长方体。所述加压装置的底座上设有圆形固定槽。所述圆柱形压块上设有用于固定百分表的固定孔。所述百分表的顶部为设有凹槽的圆柱体。

本发明的实现原理是：本发明在使用时装填土样于容土装置圆柱形容器中，土中埋入光纤等检测装置，在工业计算机上设置数控液压杆上需要施加压力的大小，以便开启右侧仪器，通过加压装置的数控液压杆连动顶板上的圆柱形压块向容器装置施加压力，将容器中土体压缩，观察检测装置做出的反应；依据百分表的读数，监测测试装置的精度与灵敏度；以增加容器B的数量与种类来控制监测测试装置的监测范围；根据监测测试装置所得参数与实际参数或本领域标准参数进行比较，分析评价该监测测试装置的工程实用性。

本发明与现有技术相比其显著优点在于：

一是本发明能够以简便而又精确地测试小型室内模拟土体分层变形状况，填补了本领域现有土体分层变形检测装置的空白。

二是本发明通过加压装置控制施力大小，模拟不同受力情况下的土体分层变形状况；通过改变容器的数量和种类，测定某一特定位置的土体变形状况，同时模拟不同数量不同部位的土体分层变形状况；并在其定位精度、工程实用性等多方面给出测量标定方法和评价方法，具有显著的优越性。

三是本发明提出的用于土体分层变形监测的智能测试装置、测量标定方法和评价方法是完整的一体化的监测测试系统，使用简便、快速，测试精确、可靠， 既节约了人力成本，又节约了时间成本。适用于替代本领域的现有产品。

附图说明

图1是本发明提出的一种用于土体分层变形监测的测试装置的结构示意图。

图2是本发明提出的单个容器A的结构示意图。

图3是本发明提出的单个容器B的结构示意图。

图4是本发明提出的加压装置的结构示意图。

图5是本发明提出的单个固定环的结构示意图。

图6是本发明提出的百分表的结构示意图。

图7是本发明提出的插销的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。

结合图1、图2和图3，本发明提出的一种用于土体分层变形监测的智能测试装置，它包括容土装置、加压装置和百分表(1)，所述容土装置设置在加压装置的固定槽内，百分表(1)与容土装置固定连接，其中，所述容土装置包括一个容器A(2)、多个容器B(3)、固定环(4)和固定螺丝(5)；所述容器A(2)为有底面和无顶面的圆柱形容器，如图2所示；所述容器B(3)为无底面和无顶面的圆柱形容器，如图3所示。

本发明提出的一种用于土体分层变形监测的智能测试装置的进一步优选方案是：

结合图1和图4，所述加压装置包括底座(6)、电动机(16)、数控液压杆(7)、设有圆柱形压块(12)的顶板(8)、压力传感器(9)、数据线(13)、电源线(17)以及可精确控制施加压力大小的智能控制器；所述智能控制器包括带有测力数据卡、工业计算机(10)和显示器(11)的数据采集处理系统。

结合图5和图7，所述固定环(4)为Ω形的半圆形圆环，所述Ω形的内壁中间向外凸出、Ω形直径向的一端为设有螺丝孔的短长方体、Ω形直径向的另一 端为设有固定半圆形圆环螺丝孔的长长方体，长方体上设有固定百分表(1)或插销(18)的半圆孔(20)。

所述加压装置的底座(6)上设有圆形固定槽(19)。

结合图6，所述圆柱形压块(12)上设有用于固定百分表(1)的固定孔(14)；所述百分表(1)的顶部设有凹槽的圆柱体(15)。

具体实施例。本发明提出的一种用于土体分层变形监测的智能测试装置的主要部件设计参数和要求公开如下：

本发明所述的容器A(2)和容器B(3)材质为波纹管；容器A的顶部、容器B的顶部和底部均向内收缩2～3mm；容器A(2)的高度为10cm、容器B(3)的高度分别为10cm、20cm、50cm，便于组合任意高度的土层，容器A(2)和容器B(3)的直径均为30～40cm。

百分表(1)的量程为250mm、精度0.01mm；根据需要也可在容土装置上固定连接多个分别与容器B匹配的百分表(1)。

电动机(16)为三相异步电动机、额定电压为380V、额定频率为50Hz。

数控液压杆(7)为电动推杆，可控制性强，可施加10KN的荷载，行程为1000mm。

顶板(8)、圆柱形压块(12)优选不锈钢材料。

固定环(4)优选不锈钢材料。

压力传感器为压电式压力传感器。

本发明提出的一种用于土体分层变形监测的智能测试装置的测量标定方法，其特征在于，以光纤监测为例，包括如下基本步骤：

步骤1，组装测试装置：先将底座(6)水平放置，将数控液压杆(7)固定在底座(6)上；将容土装置的容器A(2)放置在底座(6)上部的固定槽(19)内，再将容器B(3)按顺序从下向上通过固定环(4)依次固定连接；最后将设有圆柱形压块(12)的顶板(8)与数控液压杆(7)固定连接，压力传感器(9)安装在顶板(8)上；将百分表(1)固定在加压装置的固定环(4)的半圆孔(20)内；将可精确控制施力大小的智能控制器通过数据线(13)与数控液压杆(7)连接；

步骤2，检查装置状态：底盘(6)保持水平；容器A与容器B之间稳固连接；数控液压杆(7)与数据线(13)可靠连接；电源线(17)正常通电；电动机(16)正常工作；带有测力数据卡、工业计算机(10)和显示器(11)的数据采集处理系统能够正常运行；

步骤3，安放测试土样与检测装置：将测试土样填入容器A(2)和容器B(3)中，再将光纤埋入容器A(2)和容器B(3)的土样中，光纤两端连接工业计算机(10)，观察显示屏(11)上应力应变图像至平稳；调整数控液压杆(7)的长短，使设有圆柱形压块(12)的顶板(8)刚好接触到容器B(3)的顶部，将各个百分表(1)调零；

步骤4，测试试验：在工业计算机(10)设置施力大小，按下启动器按钮，将土样缓缓压缩，观察显示屏(11)上应力应变图像发生变化和此时百分表(1)读数变化的状况；如果图像未发生变化，将施加的压力加大，直至出现变化，按照上述步骤记录；再将容器B(3)添加到容器A(2)的顶端上，按下启动器按钮，将土体缓缓压缩观察显示屏(11)上应力应变图像发生变化和此时百分表读数变化的状况；不断增加容器B(3)的数量或改变容器B(3)的种类，重复上述试验；

步骤5，稳定性评价：测试完后，整理数据，观察该种技术或仪器在土体变形后是否有相应反应，评价监测范围；根据显示屏(11)上应力应变图像发生变化时的移动距离评价灵敏度与精度；或者将本领域标准数据通过转接口拷贝入工业计算机(10)与实验数据进行比对分析评价。

本发明提出的一种用于土体分层变形监测的智能测试装置的测量标定方法的评价方法，其特征在于，包括如下基本评价内容：

评价1，定位准确性：28-30分的，离散程度几乎没有；25-27分的，离散程度较小；18-24分的，离散程度小；不合格的，离散程度较大；

评价2，精度：28-30分的，测量误差≤0.1％；25-27分的，测量误差≤0.5％；18-24分的，测量误差≤1％；不合格的，测量误差＞1％；

评价3，反应时差：19-20分的，反应误差≤0.05s；17-18分的，反应误差≤0.1s；12-16的，反应误差≤2s；不合格的，反应误差＞2s；

评价4，特异性：9-10分的，适用于所有土样；7-8分的，只适用于砂性土和粘性土；6分的，只适用于砂性土或粘性土；

评价5，温度影响：9-10分的，几乎不受影响；7-8分的，受影响较小；6分的，受影响小；不合格的，受影响较大；

根据以上基本评价内容进行综合打分并得到分数总和，若：

1、分数在95-100分之间，则监测方法或技术适用于工程；

2、分数在90-95分之间，则监测方法或技术需要部分修改；

3、分数在80-90分之间，则监测方法或技术需要修改监测原理；

4、分数低于80分，则监测方法或技术不适用。

本发明的具体实施方式中凡未涉到的说明属于本领域的公知技术，可参考公知技术加以实施。

本发明经反复试验验证，取得了满意的应用效果。

以上具体实施方式及实施例是对本发明提出的一种用于土体分层变形监测的测试装置、测量标定方法和评价方法技术思想的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (8)

1.一种用于土体分层变形监测的智能测试装置，其特征在于，包括容土装置、加压装置和百分表(1)，所述容土装置设置在加压装置的固定槽(19)内，百分表(1)与容土装置固定连接；其中，所述容土装置包括一个容器A(2)、多个容器B(3)、固定环(4)和固定螺丝(5)；所述容器A(2)为有底面和无顶面的圆柱形容器；所述容器B(3)为无底面和无顶面的圆柱形容器。

2.根据权利要求1所述的一种用于土体分层变形监测的智能测试装置，其特征在于，所述加压装置包括底座(6)、电动机(16)、数控液压杆(7)、设有圆柱形压块(12)的顶板(8)、压力传感器(9)、数据线(13)、电源线(17)以及可精确控制施加压力大小的智能控制器；所述智能控制器包括带有测力数据卡、工业计算机(10)和显示器(11)的数据采集处理系统。

3.根据权利要求2所述的一种用于土体分层变形监测的智能测试装置，其特征在于，所述固定环(4)为Ω形的半圆形圆环，所述Ω形的内壁中间向外凸出、Ω形直径向的一端为设有螺丝孔的短长方体、Ω形直径向的另一端为设有固定半圆形圆环螺丝孔的长长方体，长长方体上设有固定百分表(1)或插销(18)的半圆孔(20)。

4.根据权利要求3所述的一种用于土体分层变形监测的智能测试装置，其特征在于，所述加压装置的底座(6)上设有圆形固定槽(19)。

5.根据权利要求4所述的一种用于土体分层变形监测的智能测试装置，其特征在于，所述圆柱形压块(12)上设有用于固定百分表(1)的固定孔(14)。

6.根据权利要求5所述的一种用于土体分层变形监测的智能测试装置，其特征在于，所述百分表(1)的顶部设有凹槽的圆柱体(15)。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种用于土体分层变形监测的智能测试装置的测量标定方法，其特征在于，以光纤为检测装置，包括如下基本步骤：

步骤1，组装测试装置：先将底座(6)水平放置，将数控液压杆(7)固定在底座(6)上；将容土装置的容器A(2)放置在底座(6)上部的圆形固定槽(19)内，再将容器B(3)按顺序从下向上通过固定环(4)依次固定连接；最后将设有圆柱形压块(12)的顶板(8)与数控液压杆(7)固定连接，压力传感器(9)安装在顶板(8)上；将百分表(1)固定在加压装置的固定环(4)的半圆孔(20)内；将可精确控制施力大小的智能控制器通过数据线(13)与数控液压杆(7)连接；

步骤2，检查装置状态：底盘(6)保持水平；容器A与容器B之间稳固连接；数控液压杆(7)与信号线(13)可靠连接；电源线(17)正常通电；电动机(16)正常工作；带有测力数据卡、工业计算机(10)和显示器(11)的数据采集处理系统能够正常运行；

步骤3，安放测试土样与检测装置：将测试土样填入容器A(2)和容器B(3)中，再将光纤埋入容器A(2)和容器B(3)的土样中，光纤两端连接工业计算机(10)，观察显示屏(11)上应力应变图像至平稳；调整数控液压杆(7)的长短，使设有圆柱形压块(12)的顶板(8)刚好接触到容器B(3)的顶部，将各个百分表(1)调零；

步骤4，测试试验：在工业计算机(10)设置施力大小，按下启动器按钮，将土样缓缓压缩，观察显示屏(11)上应力应变图像发生变化和此时百分表(1)读数变化的状况；如果图像未发生变化，将施加的压力加大，直至出现变化，按照上述步骤记录；再将容器B(3)添加到容器A(2)的顶端上，按下启动器按钮，将土体缓缓压缩观察显示屏(11)上应力应变图像发生变化和此时百分表读数变化的状况；不断增加容器B(3)的数量或改变容器B(3)的种类，重复上述试验；

步骤5，稳定性评价：测试完后，整理数据，观察该种技术或仪器在土体变形后是否有相应反应，评价监测范围；根据显示屏(11)上应力应变图像发生变化时的移动距离评价灵敏度与精度；或者将本领域标准数据通过转接口拷贝入工业计算机(10)与实验数据进行比对分析评价。

8.根据权利要求7所述的一种用于土体分层变形监测的智能测试装置的测量标定方法的评价方法，其特征在于，包括如下基本评价内容：

评价1，定位准确性：28-30分的，离散程度几乎没有；25-27分的，离散程度较小；18-24分的，离散程度小；不合格的，离散程度较大；

评价2，精度：28-30分的，测量误差≤0.1％；25-27分的，测量误差≤0.5％；18-24分的，测量误差≤1％；不合格的，测量误差＞1％；

评价3，反应时差：19-20分的，反应误差≤0.05s；17-18分的，反应误差≤0.1s；12-16的，反应误差≤2s；不合格的，反应误差＞2s；

评价4，特异性：9-10分的，适用于所有土样；7-8分的，只适用于砂性土和粘性土；6分的，只适用于砂性土或粘性土；

评价5，温度影响：9-10分的，几乎不受影响；7-8分的，受影响较小；6分的，受影响小；不合格的，受影响较大；

根据以上基本评价内容进行综合打分并得到分数总和，若：

1、分数在95-100分之间，则监测方法或技术适用于工程；

2、分数在90-95分之间，则监测方法或技术需要部分修改；

3、分数在80-90分之间，则监测方法或技术需要修改监测原理；

4、分数低于80分，则监测方法或技术不适用。