CN106918326A - 一种活动测斜仪及测量地层水平位移的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活动测斜仪及测量地层水平位移的方法，活动测斜仪包括测读仪、GPS定位仪、测斜管及测斜电缆，GPS定位仪与测斜管的顶端相连，测斜管内设置有活动探头，测斜电缆的一端与测读仪相连、另一端与活动探头相连，活动探头内设置有加速度仪腔室，加速度仪腔室内设置有加速度计传感器，活动探头在测斜电缆的带动下能够沿测斜管做升降运动；测量地层水平位移的方法通过利用上述活动测斜仪进行水平总位移和水平偏移位移的测量，并根据测量数值计算地层水平位移。利用本发明可有效缩短钻孔深度，降低经济成本，解决了以往测斜仪只能在测孔位置固定假设条件下工作的弊端，使测量数据更符合现场实际，为边坡、基坑支护施工提供了更可靠的依据。

Description

一种活动测斜仪及测量地层水平位移的方法

技术领域

本发明涉及一种活动测斜仪，尤其涉及一种活动测斜仪及测量地层水平位移的方法。

背景技术

测斜仪是一种用于测量钻孔、基坑、地基基础、墙体和坝体坡等工程构筑物的顶角、方位角的仪器，测斜仪主要包括测头导轮和测斜探头，测头导轮是沿测斜导管的导槽沉降或提升，测斜导头内的加速度传感器可以敏感导管在每一深度处的倾斜角度，输出一个电压信号，通过特定的正弦函数将其换算成水平位移。

现有的测斜仪都是在假定测孔位置不变的前提下进行工程实践的测量，这种测量方式并没有考虑到某一深度地层随时间的移动变化量，利用上述测量方法所获得的数据分析出的水平位移只是实际水平位移的一部分，无法全面准确地反映工程实践特征，相应的在以此分析结果为依据的工程实践中，存在潜在的工程风险，为降低地层随时间移动对测量结果造成的影响，测孔位置往往取得很深，这不仅增加了成本，而且并不能完全将地层水平位移的影响消除。由于活动测斜仪广泛应用于岩土边坡、建筑物地基、矿井、基坑开挖以及地下结构工程内部水平位移观测和路基剖面沉降观测中，若某一地层水平位移过大，导致工程结构失稳破坏，会造成重大的国民经济损失。

由此可见，现有技术有待于进一步的改进和提高。

发明内容

本发明为避免上述现有技术存在的不足之处，提供了一种操作简便，可有效缩短钻孔深度并消除现有测斜仪无法测量地层水平位移的缺陷的活动测斜仪及测量地层水平位移的方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种活动测斜仪，包括测读仪、GPS定位仪、测斜管及测斜电缆，GPS定位仪与测斜管的顶端相连，测斜管内设置有活动探头，测斜电缆的一端与测读仪相连、另一端与活动探头相连，活动探头内设置有加速度仪腔室，加速度仪腔室内设置有加速度计传感器，活动探头在测斜电缆的带动下能够沿测斜管做升降运动。

所述测斜电缆上设置有用于测知活动探头沿测斜管移动距离的刻度值。

所述活动探头的上部安装有两个相对设置的上导轮，活动探头的下部设置有两个相对设置的下导轮，测斜管的内壁上开设有两条与上、下导轮相适配的导向槽。

所述活动探头的顶端设置有电缆连接头。

所述活动探头的底端设置有缓冲垫。

所述测斜管的底部设置有密封套。

所述测斜管是由PVC塑料制成的。

本发明还公开了一种测量地层水平位移的方法，该方法包括如下步骤：

步骤1，选用如上所述的活动测斜仪；

步骤2，将测斜管放入待测钻孔内，测读仪放置在地表，GPS定位仪安装在测斜管高出地面的部分；

步骤3，制定测量周期T，在开始测量前，用GPS定位仪测得测斜管顶端的初始坐标值，在整个测量周期T内，将活动探头沿测斜管从第一个测点到最后一个测点每次移动距离L，每次移动的距离L通过测斜电缆上的刻度值进行控制，距离L与测量周期T的乘积恰巧等于测斜管的长度；移动的过程中，地层实际上存在偏移量，地层的移动带动测斜管发生偏移，活动探头移动至每一深度处时，加速度计传感器均将各深度处的倾斜角度θ实时传输至测读仪，则活动探头从前一测点移动至下一测点时，其水平偏移位移X_i＝L Sinθ_i，i＝0，1，2……n，其中n为测点的数量，测量周期T结束时，用GPS定位仪测得测斜管顶端的终点坐标值，通过初始坐标值和终点坐标值计算得到测斜管的水平总位移A，整个测量周期T内，测斜管的水平偏移总位移C＝X₁+X₂+……X_n，则通过下式即可计算出不同测量深度处的地层水平位移B，B＝A-C。

由于采用了上述技术方案，本发明所取得的有益效果为：

本发明中的活动测斜仪结构简单，操作方便，利用本发明中的活动测斜仪测量地层水平位移的方法解决了以往测斜仪只能在测孔位置固定假设条件下工作的弊端，使测量数据更符合现场实际，为边坡、基坑支护施工提供了更可靠的依据。而且利用本发明无需打太深的孔即可测得准确数据，有效地降低了测量成本。

附图说明

图1为本发明中活动测斜仪的结构示意图。

图2为测斜管的俯视图。

图3为本发明中活动探头的结构示意图。

图4为利用本发明测量地层水平位移的原理图。

其中，

1、测读仪 2、GPS定位仪 3、测斜电缆 4、导向槽 5、活动探头 6、导向轮7、测斜管 8、密封套 9、电联连接头 10、加速度仪腔室 11、缓冲垫

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施例。

如图1至图3所示，一种活动测斜仪，包括测读仪1、GPS定位仪2、测斜管7及测斜电缆3，GPS定位仪2与测斜管7的顶端相连，所述测斜管7是由PVC塑料制成的，测斜管7的底部设置有密封套8，测斜管7内设置有活动探头5，测斜电缆3的一端与测读仪1相连、另一端与活动探头5相连，所述活动探头5的顶端设置有电缆连接头9，为避免工作时，对活动探头5造成冲击而影响数据，活动探头5的底端设置缓冲垫11，活动探头5内设置有加速度仪腔室10，加速度仪腔室10内设置有加速度计传感器，测斜电缆3可将加速度计传感器测得的信号实时传输至测读仪1，所述活动探头5上安装有四个导向轮6，其中两个安装在活动探头5的上部，另外两个安装在活动探头5的下部，测斜管7的内壁上开设有导向轮6相适配的导向槽4，活动探头5在测斜电缆3的带动下能够沿测斜管7做升降运动，测斜电缆3上设置有用于测知活动探头沿测斜管移动距离的刻度值。

如图4所示，本发明还公开了一种测量地层水平位移的方法，该方法包括如下步骤：

步骤1，选用如上所述的活动测斜仪；

步骤2，将测斜管7放入待测钻孔内，测读仪1放置在地表，GPS定位仪2安装在测斜管7高出地面的部分；

步骤3，制定测量周期T，在开始测量前，用GPS定位仪2测得测斜管7顶端的初始坐标值，在整个测量周期T内，将活动探头5沿测斜管7从第一个测点到最后一个测点每次移动距离L，每次移动的距离L通过测斜电缆3上的刻度值进行控制，距离L与测量周期T的乘积恰巧等于测斜管7的长度；移动的过程中，地层实际上存在偏移量，地层的移动带动测斜管发生偏移，活动探头5移动至每一深度处时，加速度计传感器均将各深度处的倾斜角度θ实时传输至测读仪，则活动探头5从前一测点移动至下一测点时，其水平偏移位移X_i＝L Sinθ_i，i＝0，1，2……n，其中n为测点的数量，测量周期T结束时，用GPS定位仪2测得测斜管7顶端的终点坐标值，通过初始坐标值和终点坐标值计算得到测斜管的水平总位移A，整个测量周期T内，测斜管的水平偏移总位移C＝X₁+X₂+……X_n，则通过下式即可计算出不同测量深度处的地层水平位移B，B＝A-C。

通过以下计算示例对本发明的具体实施方式作进一步地详细说明：

1)通过GPS定位仪测得水平位移A＝1.242

2)每次移动的距离L＝0.5，测量周期T＝4，由加速度计测得θ₁＝22°、θ₂＝26°、θ₃＝23°、θ₄＝25°，

3)由水平偏移位移X_i＝L Sinθ_i，(i＝0，1，2……n)，X₁＝0.5sin22＝0.187X₂＝0.5sin26＝0.219X₃＝0.5sin23＝0.195X₄＝0.5sin25＝0.211

4)每一深度的水平位移L_i：

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种活动测斜仪，其特征在于，包括测读仪、GPS定位仪、测斜管及测斜电缆，GPS定位仪与测斜管的顶端相连，测斜管内设置有活动探头，测斜电缆的一端与测读仪相连、另一端与活动探头相连，活动探头内设置有加速度仪腔室，加速度仪腔室内设置有加速度计传感器，活动探头在测斜电缆的带动下能够沿测斜管做升降运动。

2.根据权利要求1所述的一种活动测斜仪，其特征在于，所述测斜电缆上设置有用于测知活动探头沿测斜管移动距离的刻度值。

3.根据权利要求1所述的一种活动测斜仪，其特征在于，所述活动探头的上部安装有两个相对设置的上导轮，活动探头的下部设置有两个相对设置的下导轮，测斜管的内壁上开设有两条与上、下导轮相适配的导向槽。

4.根据权利要求1所述的一种活动测斜仪，其特征在于，所述活动探头的顶端设置有电缆连接头。

5.根据权利要求1所述的一种活动测斜仪，其特征在于，所述活动探头的底端设置有缓冲垫。

6.根据权利要求1所述的一种活动测斜仪，其特征在于，所述测斜管的底部设置有密封套。

7.根据权利要求1所述的一种活动测斜仪，其特征在于，所述测斜管是由PVC塑料制成的。

8.一种测量地层水平位移的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1，选用如权利要求1至7任一项权利要求所述的活动测斜仪；

步骤2，将测斜管放入待测钻孔内，测读仪放置在地表，GPS定位仪安装在测斜管高出地面的部分；

步骤3，制定测量周期T，在开始测量前，用GPS定位仪测得测斜管顶端的初始坐标值，在整个测量周期T内，将活动探头沿测斜管从第一个测点到最后一个测点每次移动距离L，每次移动的距离L通过测斜电缆上的刻度值进行控制，距离L与测量周期T的乘积恰巧等于测斜管的长度；移动的过程中，地层实际上存在偏移量，地层的移动带动测斜管发生偏移，活动探头移动至每一深度处时，加速度计传感器均将各深度处的倾斜角度θ实时传输至测读仪，则活动探头从前一测点移动至下一测点时，其水平偏移位移X_i＝L Sinθ_i，i＝0，1，2……n，其中n为测点的数量，测量周期T结束时，用GPS定位仪测得测斜管顶端的终点坐标值，通过初始坐标值和终点坐标值计算得到测斜管的水平总位移A，整个测量周期T内，测斜管的水平偏移总位移C＝X₁+X₂+……X_n，则通过下式即可计算出不同测量深度处的地层水平位移B，B＝A-C。