CN107421481B - 一种用于测量岩体膨胀变形的三维监测预警多点位移计 - Google Patents

一种用于测量岩体膨胀变形的三维监测预警多点位移计 Download PDF

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Abstract

一种用于测量岩体膨胀变形的三维监测预警多点位移计，包括主动传递管，主动传递管的顶部滑动连接有从动传递管，主动传递管可伸缩的底部与基座连接，从动传递管可活动式连接有从动传递管支撑弹簧，三根位移传导线的尾部分别与基座内的传导线测读器相连，其中一根位移传导线的前部缠绕在环向支撑弹簧中，另一根固定在从动传递管头部，还有一根位移传导线固定在主动传递管中传导线转向轮的轴部。利用本发明提供的多点位移计既可测量工程岩体中不同部位的轴向位移，同时还可获取其对应的环向位移，从而得到岩体变形破坏的三维监测预警方法，提高了地下洞室、水库大坝及边坡等岩土工程中岩体变形破坏预警的准确性。

Description

一种用于测量岩体膨胀变形的三维监测预警多点位移计
技术领域
本发明涉及岩土工程岩体结构物监测技术领域，具体为一种用于测量岩体膨胀变形的三维监测预警多点位移计。
背景技术
无论是土木、水利、电力或者是交通等领域的工程建设从开始施工到工程投入运行等全过程中，基于安全考虑，都需要对工程进行合理的监测，科学的监测预警工作在岩土工程的建设施工中非常重要，在对地下洞室、水库大坝及边坡等岩土工程进行开挖，将会对周围的岩体产生一定的扰动，可能会使岩体的内部发生位移，这种岩体内部产生的位移不利于工程建设的安全，如果不能及时做好岩体变形破坏的监测预警工作，相关部门将不能根据工程岩体的稳定状况实施相应的防灾减灾措施，一旦工程岩体失稳破坏，将可能造成一系列灾害性事件，严重威胁工作人员的人身和其他财产安全，所以，针对岩土工程岩体结构物变形破坏的监测预警措施必不可少，中国发明CN205642280U中提到了一种多点式位移计，该发明存在着测量方向单一的缺点，而在某些工程建设中，这种仅能用于测量轴向位移的多点位移计是满足不了工程需求的，为此，我们提出一种用于测量岩体膨胀变形的三维监测预警多点位移计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于测量岩体膨胀变形的三维监测预警多点位移计，解决了多点位移计存在着测量方向单一的问题。本发明基于岩体破坏前具有膨胀变形的性质，在工程岩体未发生失稳破坏时，可以根据岩体中位移的变化情况来判断其稳定状态，提前做好工程岩体变形破坏的监测预警工作，利用本专利提供的一种用于测量岩体膨胀变形的三维监测预警多点位移计，来同时监测岩体结构物内部的轴向位移和环向位移，从而达到对地下洞室、水库大坝及边坡等岩土工程岩体结构物变形破坏的三维监测预警效果。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于测量岩体膨胀变形的三维监测预警多点位移计，包括主动传递管，主动传递管的顶部滑动连接有从动传递管，主动传递管可伸缩的底部与基座连接，从动传递管可活动式连接有从动传递管支撑弹簧，从动传递管支撑弹簧的头部固定连接有环向支撑弹簧，所述主动传递管的内部固定连接有大传导线转向轮，所述大传导线转向轮的背面连接有小传导线转向轮，三根位移传导线的尾部分别与基座内的传导线测读器相连，其中一根位移传导线的前部缠绕在环向支撑弹簧中，直径在4～8mm之间，另一根固定在从动传递管头部，直径在3～6mm之间，还有一根位移传导线固定在主动传递管中传导线转向轮的轴部，直径在4～8mm之间，前两根位移传导线分别顺时针90°缠绕在大传导线转向轮和小传导线转向轮的表面。位移传导线均采用Ⅰ号韧性右同向捻钢丝绳，其表面平滑且较柔软。
主动传递管内的两个传导线转向轮不在同一个平面上，两者之间互不干扰，但都起引导即位移传导线的作用，避免位移传导线之间交叉干扰。
每个多点位移计锚头处均采用滑动连接结构移动连接有四根从动传递管，相邻的两根从动传递管之间垂直相交，四根从动传递管均在与主动传递管轴向正交的平面内，整体呈“十”字形，从动传递管尾部可前后伸缩，在内置从动传递管支撑弹簧的带动下从四个方向支撑着环向支撑弹簧。
所述的环向支撑弹簧外包裹着一层厚度均匀的环状弹性防护层，该环状弹性防护层厚度在1～3mm之间，性质柔软，不能限制环向支撑弹簧的变形且可以避免外部杂物进入并堵塞环向支撑弹簧；且该多点位移计的主动传递管和从动传递管均由涂有水泥砂浆脱模剂的不锈钢伸缩管制成，伸缩管的头部不能伸缩，但其尾部均可前后伸缩，涂有水泥砂浆脱模剂可以减少灌浆后水泥砂浆对其发生前后移动的限制作用。
基座内的传导线测读器采用直线式光电编码器。
所述从动传递管的表面设置有一塑料质外置防护管，该外置防护管用于将从动传递管与外部隔离，防止灌注水泥砂浆后，套管内部的从动传递管被砂浆凝固，限制从动传递管的前后移动，从而影响对工程岩体内部环向位移的测量精度。
本发明的有益效果如下：本发明通过在传统的多点位移计基础上进行拓展改良，丰富了传统多点位移计的使用性能，本发明冲破了传统多点位移计只能测量岩体轴向位移这一单方向的束缚，可用于监测岩体结构物中同一个测点不同方向上的位移变化量，既可用于测量工程岩体内部不同部位的轴向位移，同时还可获取其对应的环向位移，如果工程需要，利用本发明方法原理还可以分别获取每个测量部位上下左右四个方向上的位移，解决了多点位移计存在着测量方向单一的问题。
附图说明
图1为本发明的剖面结构主视图。
图2为本发明A-A剖面图。
图3为本发明B-B剖面图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1～3所示，本发明包括主动传递管1，主动传递管1的顶部滑动连接有从动传递管2，主动传递管1可伸缩的底部与基座连接，所述从动传递管2可活动式连接有从动传递管支撑弹簧3，从动传递管支撑弹簧3的头部固定连接有环向支撑弹簧4，所述主动传递管1的内部固定连接有大传导线转向轮8，所述大传导线转向轮8的背面连接有小传导线转向轮7，三根位移传导线6的尾部分别与基座内的传导线测读器9相连，其中一根位移传导线的前部缠绕在环向支撑弹簧4中，直径为5mm，另一根固定在从动传递管2头部，直径为5mm，还有一根位移传导线固定在主动传递管1中传导线转向轮的轴部，直径为5mm，前两根位移传导线分别顺时针90°缠绕在大传导线转向轮8和小传导线转向轮9的表面。从动传递管2的表面设置有一塑料质外置防护管5，该外置防护管5用于将从动传递管2与外部隔离，防止灌注水泥砂浆后，套管内部的从动传递管2被砂浆凝固，限制从动传递管2的前后移动，从而影响对工程岩体内部环向位移的测量精度。通过在传统的多点位移计基础上进行拓展改良，丰富了传统多点位移计的使用性能，本发明冲破了传统多点位移计只能测量岩体轴向位移这一单方向的束缚，可用于监测岩体结构物中同一个测点不同方向上的位移变化量，既可用于测量工程岩体内部不同部位的轴向位移，同时还可获取其对应的环向位移，如果工程需要，利用此发明方法原理，还可以分别获取每个测量部位上下左右四个方向上的位移，解决了多点位移计存在着测量方向单一的问题。
使用时，首先将最深处的位移计装置包括主动传递管1、从动传递管2、从动传递管支撑弹簧3、环向支撑弹簧4、外置防护管5等结构组装好并送到测量钻孔10中所要测的第一个测点位置，然后向岩壁11内的钻孔10里灌注水泥砂浆至由里向外的第二个测点；之后，安装第二个测点处的位移计装置，再向钻孔10里灌注水泥砂浆，按照以上方式，安装最外一个测点处的位移计装置，向钻孔10里灌注水泥砂浆，待以上砂浆凝固后，在测量钻孔10端口处安装该多点位移计的基座，而后，连接位移传导线6和直线式光电编码器，最后，在基座部位固定直线式光电编码器的位置。
以上安装完毕后即可开展监测工作，当所监测岩土工程的岩体结构物内部发生移动时，不同深度位移计的移动量不同，当预定位置测量基点处产生位移时，主动传递管1、从动传递管2及环向支撑弹簧4内的位移传导线6将会发生不同程度的移动，传导到相应的传导线测读器9上，通过读取测量仪器上的读数，可以获取到每个测点的轴向位移及相应的环向位移。
监测数据处理的原理
若将某时间段内经过环向支撑弹簧的位移传导线初始长度记为l10，固定在从动传递管支撑弹簧上的位移传导线初始长度记为l20，一端固定在传导线转向轮轴上的位移传导线初始长度记为l30，某时刻经过环向支撑弹簧的位移传导线长度记为l1，固定在从动传递管支撑弹簧上的位移传导线长度记为l2，一端固定在传导线转向轮轴上的位移传导线长度记为l3。
则轴向位移lh＝l3-l30                    (1)
环向位移ld＝l1-l2-(l10-l20)                 (2)
轴向应变
Figure BDA0001341027850000051
环向应变
Figure BDA0001341027850000052
体积应变
Figure BDA0001341027850000053
观察体积应变ξv的变化，当ξv由减小状态转变为增加状态时，此点即为工程岩体变形破坏的监测预警点。
Figure BDA0001341027850000054
即当
Figure BDA0001341027850000055
时，将此点记为工程岩体变形破坏的监测预警点。
一种用于测量岩体膨胀变形的三维监测预警多点位移计，采用以上数据采集和处理的监测方法对地下洞室、水库大坝及边坡等岩土工程进行监测预警分析。
综上所述：该用于测量岩体膨胀变形的三维监测预警多点位移计，通过主动传递管1、从动传递管2、从动传递管支撑弹簧3、环向支撑弹簧4、外置防护管5、位移传导线6、小传导线转向轮7、大传导线转向轮8和传导线测读器9的配合，解决了多点位移计存在着测量方向单一的问题。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种用于测量岩体膨胀变形的三维监测预警多点位移计，包括主动传递管(1)，其特征在于：所述主动传递管(1)的顶部滑动连接有从动传递管(2)，主动传递管(1)可伸缩的底部与基座连接，所述从动传递管(2)可活动式连接有从动传递管支撑弹簧(3)，所述从动传递管支撑弹簧(3)的头部固定连接有环向支撑弹簧(4)，所述主动传递管(1)的内部固定连接有大传导线转向轮(8)，所述大传导线转向轮(8)的背面连接有小传导线转向轮(7)，三根位移传导线(6)的尾部分别与基座内的传导线测读器(9)相连，其中一根位移传导线的前部缠绕在环向支撑弹簧(4)中，直径在4～8mm之间，另一根固定在从动传递管(2)头部，直径在3～6mm之间，还有一根位移传导线固定在主动传递管(1)中传导线转向轮的轴部，直径在4～8mm之间，前两根位移传导线分别顺时针90°缠绕在大传导线转向轮(8)和小传导线转向轮(7)的表面。
2.根据权利要求1所述的一种用于测量岩体膨胀变形的三维监测预警多点位移计，其特征在于：大传导线转向轮和小传导线转向轮同轴且相互独立。
3.根据权利要求1所述的一种用于测量岩体膨胀变形的三维监测预警多点位移计，其特征在于：每个多点位移计锚头处均采用滑动连接结构移动连接有四根从动传递管，相邻的两根从动传递管之间垂直相交，四根从动传递管均在与主动传递管轴向正交的平面内，整体呈“十”字形，从动传递管尾部可前后伸缩，在内置从动传递管支撑弹簧的带动下从四个方向支撑着环向支撑弹簧。
4.根据权利要求3所述的一种用于测量岩体膨胀变形的三维监测预警多点位移计，其特征在于：所述的环向支撑弹簧外包裹着一层厚度均匀的环状弹性防护层，该环状弹性防护层厚度在1～3mm之间，性质柔软，不能限制环向支撑弹簧的变形且可以避免外部杂物进入并堵塞环向支撑弹簧；且该多点位移计的主动传递管和从动传递管均由涂有水泥砂浆脱模剂的不锈钢伸缩管制成，伸缩管的头部不能伸缩，但其尾部均可前后伸缩，涂有水泥砂浆脱模剂可以减少灌浆后水泥砂浆对其发生前后移动的限制作用。
5.根据权利要求1所述的一种用于测量岩体膨胀变形的三维监测预警多点位移计，其特征在于：基座内的传导线测读器采用直线式光电编码器。
6.根据权利要求1所述的一种用于测量岩体膨胀变形的三维监测预警多点位移计，其特征在于：所述从动传递管的表面设置有一塑料质外置防护管，该外置防护管用于将从动传递管与外部隔离，防止灌注水泥砂浆后，套管内部的从动传递管被砂浆凝固，限制从动传递管的前后移动，从而影响对工程岩体内部环向位移的测量精度。
7.根据权利要求1所述的一种用于测量岩体膨胀变形的三维监测预警多点位移计，其特征在于：通过传导线测读器的读数，可以获取到每个测点的轴向位移，还可以获取相应的环向位移，据此，可以计算出体积应变
Figure FDA0004150427990000021
其中，l10为某时间段内经过环向支撑弹簧的位移传导线初始长度；
l20为固定在从动传递管支撑弹簧上的位移传导线初始长度；
l30为一端固定在传导线转向轮轴上的位移传导线初始长度；
l1为某时刻经过环向支撑弹簧的位移传导线长度；
l2为固定在从动传递管支撑弹簧上的位移传导线长度；
l3为一端固定在传导线转向轮轴上的位移传导线长度。
8.根据权利要求7所述的一种用于测量岩体膨胀变形的三维监测预警多点位移计，其特征在于，测量位移值满足
Figure FDA0004150427990000022
时，作为工程岩体变形破坏的监测预警值。
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CB03 Change of inventor or designer information
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Inventor after: Chen Yi

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Inventor before: Chen Guoqing

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