CN108362419B - 一种原位侧向土压力的测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原位侧向土压力的测量装置及测量方法，包括测量部分和控制部分，测量部分包括测量管和气囊，测量管的顶端通过可调节卡箍定位，以便于测量管与测量孔同轴；在测量管下端的内侧壁上设有导轨；气囊顶端的圆周方向上分布若干电磁滚珠，电磁滚珠可沿测量管下端的导轨滑动；气囊中心部位有导气装置，导气装置的上端接口连接导气管，导气管延伸到测量管外部，使气体均匀充满气囊内；气囊侧壁分布多个应变传感器；控制部分包括控制盒和储气罐，控制盒控制储气罐导入气囊内的气体量，进而计算出气囊的膨胀体积，而且该控制器接受应变传感器的反馈信号，呈现出侧向土体的应力应变数值关系曲线；所述的储气罐与所述的导气管相连，是整个测量装置的气源。

Description

一种原位侧向土压力的测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及原位土压力测量装置，特别涉及一种侧向土压力测量装置及测量方法。

背景技术

在工程设计与安全评估时，土体与结构物相互作用的土压力是至关重要的因素。土压力测量中多以竖向压力测量为主，而侧向土压力的测量相对困难，需设计专门的测量装置进行测量。

现有的测量方式多以钻孔预埋压力盒，然后填充同样或相近土体后压实，来测量土体压力，而侧向土压力测量还需设计专门的压力盒安装设备以得到相对精确的数值。现有方式存在以下缺陷：

1、压力盒埋入土体后一般不可回收，存在严重的浪费；

2、测量侧向土压力时，压力盒需要通过专门的安装固定设备埋入土中，以使测量面正确接触土体，但由于后填土或土体扰动过大，导致测量位置失稳，严重影响测量精度；

3、土体钻孔后回填土虽然大多按原有土体属性配置，但始终不是原始土层，再加之回填土后土体卸压和扰动，测出的侧向土压力精度不高。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种侧向土压力测量装置及测量方法。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种原位侧向土压力的测量装置，包括测量部分和控制部分，所述的测量部分包括测量管和气囊，所述的测量管为中空管，测量管顶端通过可调节卡箍定位，以便于测量管与测量孔同轴；在测量管下端的内侧壁上设有导轨；所述的气囊顶端的圆周方向上分布若干电磁滚珠，可沿测量管下端的导轨滑动；气囊中心部位有导气装置，导气装置的上端接口连接导气管，所述的导气管延伸到测量管外部，使气体均匀充满气囊内；所述气囊侧壁90度周身分布多个实时监测土体应力、应变值的应变传感器；

所述的控制部分包括控制盒和储气罐，控制盒是整个系统的控制中枢，可以控制储气罐导入气囊内的气体量，进而计算出气囊的膨胀体积，而且可以接受应变传感器的反馈信号，经计算，呈现出侧向土体的应力应变数值关系曲线；所述的储气罐与所述的导气管相连；是整个系统的气源。

进一步，所述的电磁滚珠通过通、断电控制，实现自锁、解锁于测量管导轨上，也即控制气囊滑动的起、停。

进一步，所述气囊通过绳索系吊于测量管上部的定滑轮上，可以通过摇动摇柄使气囊沿测量管内导轨上下滑动。

进一步，所述的导气装置周身均匀分布若干导气小孔，主要起引导气流的作用，已达到气囊均匀膨胀效果。

进一步，所述的卡箍放置在定位基座上，可以锁紧测量管，通过在定位基座上微调卡箍位置可以定位测量管与测量孔的同轴度。

利用上述装置进行测量的方法，如下

工作时，先在所要测量侧向土压力的地面钻测量孔至所需深度，在地面固定好定位基座，将测量管放入测量孔内，顶端通过可调卡箍固定、定位测量管。

通过控制盒发出断电指令，控制电磁滚珠的电磁特性，此时，整个气囊处于可滑动状态，摇动摇柄，定滑轮带动系吊与气囊上的绳索缓缓下落，直到到达测量孔指定部位，控制盒发出通电指令，电磁滚珠锁紧在测量管内部导轨上，气囊露出在测量管下端；

控制盒控制储气罐通过导气管向气囊内充气，气囊内的导气装置可以引导气体均匀充满，使气囊膨胀。

通过控制盒的计算，控制气体量大小，使气囊膨胀至原有测量孔的直径大小时，记录、储存此时应变传感器由于接触挤压土体反馈的应力应变信号。

继续向气囊内充气，使气囊膨胀至大于测量孔直径一定数值时(即应变传感器变动范围趋于稳定时)，记录整个膨胀过程中的应力应变信号值，并经控制盒计算后，转化为应力应变曲线。

本发明的有益效果：

1、该发明通过测量原始土体的侧向土压力，得到的数值精确度更高，避免了回填土层、压实等繁琐的后续工作；

2、整套装置自动化控制程度高，可循环使用，避免了常规做法的诸多浪费；

3、本发明中的气囊通过电磁滚珠的通断电、定滑轮等机构控制实现气囊的上下移动和自锁，设计巧妙，控制方便。利用气囊的均匀加压膨胀的特性，使获取的数值更接近于真实。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的整体示意图；

图2、图3、图4为本发明工作状态示意图；

图中，1、测量孔，2、测量管，3、气囊，4、电磁滚珠，5、应变传感器，6、导气装置，7、导气管，8、绳索，9、定滑轮，10、摇柄，11、定位基座，12、可调卡箍，13、储气罐，14、控制盒，15、导轨。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有的测量方式多以钻孔预埋压力盒，然后填充同样或相近土体后压实，来测量土体压力，而侧向土压力测量还需设计专门的压力盒安装设备以得到相对精确的数值。现有方式的压力盒埋入土体后一般不可回收，存在严重的浪费；测量侧向土压力时，压力盒需要通过专门的安装固定设备埋入土中，以使测量面正确接触土体，但由于后填土或土体扰动过大，导致测量位置失稳，严重影响测量精度；土体钻孔后回填土虽然大多按原有土体属性配置，但始终不是原始土层，再加之回填土后土体卸压和扰动，测出的侧向土压力精度不高。

为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种原位侧向土压力的测量装置及测量方法。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，侧向土压力测量装置，包括测量部分和控制部分，测量部分包括测量管2和气囊3，所述的测量管2为中空管，测量管2顶端通过可调卡箍12定位，以便于测量管与测量孔同轴；在测量管2下端的内侧壁上设有导轨15；所述的气囊3顶端的圆周方向上分布若干电磁滚珠4，可沿测量管2下端的导轨15滑动；气囊3中心部位有导气装置6，导气装置6的上端接口连接导气管7，所述的导气管7延伸到测量管2外部，使气体均匀充满气囊内；所述气囊侧壁90度周身分布多个实时监测土体应力、应变值的应变传感器；

所述的控制部分包括控制盒14和储气罐13，控制盒是整个系统的控制中枢，可以控制储气罐导入气囊内的气体量，进而计算出气囊的膨胀体积，而且可以接受应变传感器的反馈信号，经计算，呈现出侧向土体的应力应变数值关系曲线；所述的储气罐与所述的导气管相连；是整个系统的气源。

电磁滚珠4通过通、断电控制，实现自锁、解锁于测量管导轨上，也即控制气囊滑动的起、停。

气囊3通过绳索系吊于测量管上部的定滑轮上，可以通过摇动摇柄使气囊沿测量管内导轨上下滑动。

导气装置6周身均匀分布若干导气小孔，主要起引导气流的作用，已达到气囊均匀膨胀效果。

可调卡箍12放置在定位基座上，可以锁紧测量管，通过在定位基座上微调卡箍位置可以定位测量管与测量孔的同轴度。

上述装置具体的测量方法如下：

工作时，先在所要测量侧向土压力的地面钻测量孔1至所需深度，在地面固定好定位基座11，将测量管2放入测量孔1内，顶端通过可调卡箍12固定、定位测量管2。

通过控制盒14发出断电指令，控制电磁滚珠4的电磁特性，此时，整个气囊3处于可滑动状态，摇动摇柄10，定滑轮9带动系吊与气囊3上的绳索8缓缓下落，直到到达测量孔指定部位，控制盒14发出通电指令，电磁滚珠4锁紧在测量管3内部导轨15上，如图2所示，气囊3露出在测量管2下端。

控制盒14控制储气罐13通过导气管7向气囊3内充气，气囊3内的导气装置6可以引导气体均匀充满，使气囊3膨胀，如图3所示。

通过控制盒14的计算，控制气体量大小，使气囊3膨胀至原有测量孔1的直径大小时，记录、储存此时应变传感器5由于接触挤压土体反馈的应力应变信号，如图4所示。

继续向气囊3内充气，使气囊3膨胀至大于测量孔1直径一定数值时(即应变传感器5变动范围趋于稳定时)，记录整个膨胀过程中的应力应变信号值，并经控制盒计算后，转化为应力应变曲线。

进一步的，由于应变传感器5在气囊3周围呈90度方向上共布置12个，所以可以通过取均值的方法确定此深度土体的侧向土压力值，以供后续设计参考。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (1)

1.一种原位侧向土压力的测量装置，其特征在于，包括测量部分和控制部分；

所述的测量部分包括测量管和气囊，所述的测量管为中空管，所述测量管的顶端通过可调节卡箍定位，以便于测量管与测量孔同轴；在测量管下端的内侧壁上设有导轨；

所述的气囊顶端的圆周方向上分布若干电磁滚珠，所述的电磁滚珠能够沿测量管下端的导轨滑动；

所述气囊中心部位有导气装置，导气装置的上端接口连接导气管，所述的导气管延伸到测量管外部，使气体均匀充满气囊内；所述气囊侧壁90度周身分布多个实时监测土体应力、应变值的应变传感器；

所述的控制部分包括控制盒和储气罐，所述的控制盒控制储气罐导入气囊内的气体量，进而计算出气囊的膨胀体积，而且该控制盒接受应变传感器接触挤压土体的反馈信号，经计算，呈现出侧向土体的应力应变数值关系曲线；所述的储气罐与所述的导气管相连，是整个测量装置的气源；

所述的电磁滚珠通过通、断电控制，实现自锁、解锁于测量管导轨上，也即控制气囊滑动的起、停；

所述气囊通过绳索系吊于测量管上部的定滑轮上，可以通过摇动摇柄使气囊沿测量管内导轨上下滑动；

所述的导气装置周身均匀分布若干导气小孔，主要起引导气流的作用，已达到气囊均匀膨胀效果；

所述的卡箍放置在定位基座上，用于锁紧测量管，通过在定位基座上微调卡箍位置可以定位测量管与测量孔的同轴度；

一种原位侧向土压力的测量装置的方法：

工作时，先在所要测量侧向土压力的地面钻测量孔至所需深度，在地面固定好定位基座，将测量管放入测量孔内，顶端通过可调卡箍固定、定位测量管；

通过控制盒发出断电指令，控制电磁滚珠的电磁特性，此时，整个气囊处于可滑动状态，摇动摇柄，定滑轮带动系吊与气囊上的绳索缓缓下落，直到到达测量孔指定部位，控制盒发出通电指令，电磁滚珠锁紧在测量管内部导轨上，气囊露出在测量管下端；

控制盒控制储气罐通过导气管向气囊内充气，气囊内的导气装置可以引导气体均匀充满，使气囊膨胀；

通过控制盒的计算，控制气体量大小，使气囊膨胀至原有测量孔的直径大小时，记录、储存此时应变传感器由于接触挤压土体反馈的应力应变信号；

继续向气囊内充气，使气囊膨胀至大于测量孔直径一定数值时，记录整个膨胀过程中的应力应变信号值，并经控制盒计算后，转化为应力应变曲线。

Images