CN109056687B - 一种深层土体多种传感器埋设装置及其埋设方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深层土体多种传感器埋设装置，该装置包括支撑架，所述的支撑架包括支撑板和底部圆板，所述的支撑板垂直固定在底部圆板一侧形成L型结构，所述的底部圆板上设有传感器防护盒，所述的支撑板上由下而上依次设置多个传感器固定组件，所述的传感器防护盒和传感器固定组件用于设置待埋设的传感器，所述的支撑板上部设有用于带动支撑架上下运动的滑轮升降组件，所述的底部圆板上固定支撑板的相对一侧设有用于在支撑架上下运动时保持支撑架水平平衡的平衡组件。与现有技术相比，本发明实现了深部土体临近深度多个物理量的测量，实现任意深度的传感器的埋设需求，可观地减少了钻孔的数量，节省财力和劳力。

Description

一种深层土体多种传感器埋设装置及其埋设方法

技术领域

本发明涉及岩土工程数据监测技术领域，尤其是涉及一种深层土体多种传感器埋设装置及其埋设方法。

背景技术

在当前的岩土工程建设中，随着地下建构筑物埋深的增加，及地表附加荷载的增大，岩土工程建设的影响深度大大增加。与此同时，出于对岩土工程问题定量化研究的需要，多物理量耦合分析已成为当前研究的热点趋势。因此，正确获取深层岩土介质的多种被测物理量是进行岩土工程问题研究的重要前提。

目前，已有的在岩土介质中埋设传感器的装置及方法仅适用于深度较浅的工况，且均只考虑一种物理量的测量，如江苏省交通科学研究院股份有限公司徐晨等人的专利“岩土压力传感器埋设装置及其埋设方法”(CN103808435A)、合肥市市政设计院有限公司石贤增等人的专利“一种软土加速度传感器埋设装置”(CN204514945U)等。以上装置及埋设方法仅适用于深度较浅的岩土介质中传感器的埋设，且监测物理量单一，难以满足当前岩土工程问题研究的需要。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种深层土体多种传感器埋设装置及其埋设方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种深层土体多种传感器埋设装置，该装置包括支撑架，所述的支撑架包括支撑板和底部圆板，所述的支撑板垂直固定在底部圆板一侧形成L型结构，所述的底部圆板上设有传感器防护盒，所述的支撑板上由下而上依次设置多个传感器固定组件，所述的传感器防护盒和传感器固定组件用于设置待埋设的传感器，所述的支撑板上部设有用于带动支撑架上下运动的滑轮升降组件，所述的底部圆板上固定支撑板的相对一侧设有用于在支撑架上下运动时保持支撑架水平平衡的平衡组件。

所述的传感器固定组件设置2个，分别为对应设置在支撑板中部和上部的中部传感器固定组件和上部传感器固定组件。

所述的传感器固定组件包括壁板和箍环，所述的壁板贴合支撑板固定设置，所述的箍环设置在壁板上并向外凸出，所述的箍环上设有用于固定对应传感器的圆孔。

所述的滑轮升降组件包括尼龙绳、背板、U型保护盖和滑轮，所述的背板固定在支撑板上部侧面，所述的滑轮固定在背板上，所述的U型保护盖固定在滑轮外侧，所述的尼龙绳从下侧穿过滑轮构成动滑轮形式。

所述的平衡组件包括套筒、套杆和接长杆，所述的套筒垂直固定在底部圆板上，所述的套杆插入所述的套筒旋转连接，所述的接长杆设置多节，并沿套杆顶部向上一节一节依次螺纹连接。

所述的套筒内壁设有用于套杆插入的竖槽，所述的套筒底部设有环形槽，所述的套杆底部设有对称分布的销子，所述的套筒顶部设有套筒定位螺丝，所述的套杆中部侧部设有套杆定位螺丝；

套杆插入套筒，旋转套杆使其底部的销子卡入套筒底部的环形槽，套筒定位螺丝和套杆定位螺丝接触卡死，完成连接。

一种深层土体多种传感器埋设方法，该方法采用上述深层土体多种传感器埋设装置，该方法包括如下步骤：

(1)在传感器防护盒和传感器固定组件中设置对应的传感器，并将各传感器线缆引出延伸至外部；

(2)在地表钻掘竖直钻孔；

(3)同时操作滑轮升降组件和平衡组件，使得支撑架保持水平姿态缓慢下沉至钻孔内指定深度；

(4)回填原土体材料，直至钻孔标高。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明设置支撑架，在支撑架上可设置多种不同的传感器，一方面，可观地减少了钻孔的数量，节省财力和劳力，另一方面，可实现深部土体临近深度多个物理量的测量；

(2)本发明使用滑轮升降组件配合平衡组件完成支撑架的下放，可实现任意深度的传感器埋设需求；

(3)本发明平衡组件结构简单，利于实现，采用接长杆一节一节接长的方式，方便整个装置下放过程中姿态的调整，保持水平平衡，保证传感器埋设过程的可靠性。

附图说明

图1为本发明深层土体多种传感器埋设装置的主视图；

图2为本发明深层土体多种传感器埋设装置的俯视图；

图3为本发明上部传感器固定组件的结构示意图；

图4为本发明中部传感器固定组件的结构示意图；

图5为本发明滑轮升降组件的结构示意图；

图6为本发明套筒的结构示意图；

图7为本发明套杆的结构示意图；

图8为本发明接长杆的结构示意图；

图9为装置埋设示意图。

图中，1为尼龙绳，2为背板，3为U型保护盖，4为滑轮，5为支撑板，6为传感器防护盒，7为底部圆板，8为套筒，9为套筒定位螺丝，10为套杆，11为接长杆，12为中部箍环，13为中部壁板，14为上部箍环，15为上部壁板，16为套杆定位螺丝，17为加速度传感器线缆，18为孔隙水压力传感器线缆，19为土压力传感器线缆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。

实施例

如图1、图2所示，一种深层土体多种传感器埋设装置，该装置包括支撑架，支撑架包括支撑板5和底部圆板7，支撑板5垂直固定在底部圆板7一侧形成L型结构，底部圆板7上设有传感器防护盒6，支撑板5上由下而上依次设置多个传感器固定组件，传感器防护盒6和传感器固定组件用于设置待埋设的传感器，支撑板5上部设有用于带动支撑架上下运动的滑轮升降组件，底部圆板7上固定支撑板5的相对一侧设有用于在支撑架上下运动时保持支撑架水平平衡的平衡组件。

传感器固定组件设置2个，分别为对应设置在支撑板5中部和上部的中部传感器固定组件和上部传感器固定组件。传感器固定组件包括壁板和箍环，壁板贴合支撑板5固定设置，箍环设置在壁板上并向外凸出，箍环上设有用于固定对应传感器的圆孔。

本实施例中传感器防护盒6用于安装加速度传感器，传感器防护盒6高度以稍大于加速度传感器的高度为宜，传感器防护盒6的边长以稍大于加速度传感器的边长为宜。中部传感器固定组件用于安装孔隙水压力传感器，上部传感器固定组件用于安装土压力传感器。具体地：

如图3所示，上部传感器固定组件包括上部箍环14和上部壁板15，上部壁板15固定在支撑板5上部，上部箍环14固定在上部壁板15上，上部箍环14包括底板、侧壁和壁板，底板上设有圆孔，侧壁上设有槽口，上部箍环14内径与土压力传感器受力面外径尺寸相同，上部箍环14侧壁高度与土压力传感器厚度尺寸相同，上部箍环14侧壁槽口宽度与土压力传感器线缆直径尺寸相同，上部箍环14底板圆孔直径小于土压力传感器受力面外径尺寸。

如图4所示，中部传感器固定组件包括中部箍环12和中部壁板13，中部壁板13固定在支撑板5中部，所述的中部箍环12固定在中部壁板13上，中部箍环12包括底板、侧壁，底板上设有圆孔，中部箍环12内径与孔隙水压力传感器外径尺寸相同，中部箍环12侧壁高度与孔隙水压力传感器高度尺寸相同，中部箍环12底板圆孔直径与孔隙水压力传感器受力面直径尺寸相同。

如图5所示，滑轮升降组件包括尼龙绳1、背板2、U型保护盖3和滑轮4，背板2固定在支撑板5上部侧面，滑轮4固定在背板2上，U型保护盖3固定在滑轮4外侧，尼龙绳1从下侧穿过滑轮4构成动滑轮形式。

如图6、图7和图8所示，平衡组件包括套筒8、套杆10和接长杆11，套筒8垂直固定在底部圆板7上，套杆10插入套筒8旋转连接，接长杆11设置多节，并沿套杆10顶部向上一节一节依次螺纹连接。套筒8内壁设有用于套杆10插入的竖槽，套筒8底部设有环形槽，套杆10底部设有对称分布的销子，套筒8顶部设有套筒定位螺丝9，套杆10中部侧部设有套杆定位螺丝16；套杆10插入套筒8，旋转套杆10使其底部的销子卡入套筒8底部的环形槽，套筒定位螺丝9和套杆定位螺丝16接触卡死，完成连接。套杆10顶部设有内螺纹，接长杆11底部设有外螺纹，以与套杆10顶部连接，接长杆11顶部设有内螺纹，以与另一节接长杆11底部螺纹连接，进而实现接长杆11一节一节依次向上螺纹连接。

深层土体多种传感器埋设装置具体的组装过程如下：

将支撑板5固定在底部圆板7的一侧，将套筒8固定在底部圆板7上支撑板5的对侧；将中部壁板13固定在支撑板5中部内侧，将中部箍环12固定在中部壁板13上；将上部壁板15固定在支撑板5上部内侧，将上部箍环14固定在上部壁板15上；将背板2固定在支撑板5上部外侧，将滑轮4与背板2连接，将U型保护盖3固定在滑轮4外侧。将加速度传感器置于传感器防护盒6中，将加速度传感器线缆17从传感器防护盒6中引出延伸至外部，对传感器防护盒6做防水处理，并固定在底部圆板7上；在中部箍环12侧壁内壁均匀涂抹强力胶，将孔隙水压力传感器置于中部箍环12并牢固粘贴，将孔隙水压力传感器线缆18从顶部引出延伸至外部；在上部箍环14侧壁内壁和底板上表面均匀涂抹强力胶，将土压力传感器置于上部箍环14并牢固粘贴，将土压力传感器线缆19从底板圆孔或侧壁槽口引出延伸至外部。

一种深层土体多种传感器埋设方法，该方法采用上述深层土体多种传感器埋设装置，整个埋设过程示意图如图9所示，该方法包括如下步骤：

(1)在传感器防护盒6和传感器固定组件中设置对应的传感器，并将各传感器线缆引出延伸至外部，具体地：将加速度传感器置于传感器防护盒6中，将加速度传感器线缆从传感器防护盒6中引出延伸至外部，之后对传感器防护盒6做防水处理，并固定在底部圆板上；在中部箍环12侧壁内壁均匀涂抹强力胶，将孔隙水压力传感器置于中部箍环12中，将孔隙水压力传感器线缆从中部箍环12顶部引出延伸至外部；在上部箍环14侧壁内壁和底板上表面均匀涂抹强力胶，将土压力传感器置于上部箍环14中，将土压力传感器线缆从上部箍环14底板圆孔或侧壁槽口引出延伸至外部。

(2)在地表钻掘竖直钻孔，钻孔直径不小于底部圆板7直径+50mm，对易发生缩孔的钻孔，钻掘后进行泥浆护壁。

(3)同时操作滑轮升降组件和平衡组件，使得支撑架保持水平姿态缓慢下沉至钻孔内指定深度，具体地：将尼龙绳1从下侧穿过滑轮4，构成动滑轮形式；将套杆10沿套筒内壁竖槽插入套筒至套筒8底部，并旋转90度使套筒8和套杆10牢固连接；同步下放尼龙绳1、套杆10和传感器线缆，下放过程中使用接长杆11对套杆10逐段接长，使埋设装置保持水平姿态缓慢下沉至钻孔内指定深度，且传感器线缆始终处于松弛状态。

(4)将尼龙绳1一端松开，由另一端从钻孔底部抽出，将接长杆11反向旋转90度，使得套杆10相对于套筒8也反向旋转90度，套杆10与套筒8分离，向上提升套杆10、接长杆11，将其抽离钻孔；

(5)回填原土体材料，直至钻孔标高。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“一侧”、“对侧”、“内侧”、“外侧”、“底部”、“中部”、“上部”、“顶部”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“固定”、“连接”等应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上对本发明的实施例进行了详细的说明，但所述内容仅作为本发明的较好实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依据本发明所做的均等变化与改进，仍属于本专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种深层土体多种传感器埋设装置，其特征在于，该装置包括支撑架，所述的支撑架包括支撑板(5)和底部圆板(7)，所述的支撑板(5)垂直固定在底部圆板(7)一侧形成L型结构，所述的底部圆板(7)上设有传感器防护盒(6)，所述的支撑板(5)上由下而上依次设置多个传感器固定组件，所述的传感器防护盒(6)和传感器固定组件用于设置待埋设的传感器，所述的支撑板(5)上部设有用于带动支撑架上下运动的滑轮升降组件，所述的底部圆板(7)上固定支撑板(5)的相对一侧设有用于在支撑架上下运动时保持支撑架水平平衡的平衡组件。

2.根据权利要求1所述的一种深层土体多种传感器埋设装置，其特征在于，所述的传感器固定组件设置2个，分别为对应设置在支撑板(5)中部和上部的中部传感器固定组件和上部传感器固定组件。

3.根据权利要求1所述的一种深层土体多种传感器埋设装置，其特征在于，所述的传感器固定组件包括壁板和箍环，所述的壁板贴合支撑板(5)固定设置，所述的箍环设置在壁板上并向外凸出，所述的箍环上设有用于固定对应传感器的圆孔。

4.根据权利要求1所述的一种深层土体多种传感器埋设装置，其特征在于，所述的滑轮升降组件包括尼龙绳(1)、背板(2)、U型保护盖(3)和滑轮(4)，所述的背板(2)固定在支撑板(5)上部侧面，所述的滑轮(4)固定在背板(2)上，所述的U型保护盖(3)固定在滑轮(4)外侧，所述的尼龙绳(1)从下侧穿过滑轮(4)构成动滑轮形式。

5.根据权利要求1所述的一种深层土体多种传感器埋设装置，其特征在于，所述的平衡组件包括套筒(8)、套杆(10)和接长杆(11)，所述的套筒(8)垂直固定在底部圆板(7)上，所述的套杆(10)插入所述的套筒(8)旋转连接，所述的接长杆(11)设置多节，并沿套杆(10)顶部向上一节一节依次螺纹连接。

6.根据权利要求5所述的一种深层土体多种传感器埋设装置，其特征在于，所述的套筒(8)内壁设有用于套杆(10)插入的竖槽，所述的套筒(8)底部设有环形槽，所述的套杆(10)底部设有对称分布的销子，所述的套筒(8)顶部设有套筒定位螺丝(9)，所述的套杆(10)中部侧部设有套杆定位螺丝(16)；

套杆(10)插入套筒(8)，旋转套杆(10)使其底部的销子卡入套筒(8)底部的环形槽，套筒定位螺丝(9)和套杆定位螺丝(16)接触卡死，完成连接。

7.一种深层土体多种传感器埋设方法，其特征在于，该方法采用如权利要求1～6任意一项所述的深层土体多种传感器埋设装置，该方法包括如下步骤：

(1)在传感器防护盒(6)和传感器固定组件中设置对应的传感器，并将各传感器线缆引出延伸至外部；

(2)在地表钻掘竖直钻孔；

(3)同时操作滑轮升降组件和平衡组件，使得支撑架保持水平姿态缓慢下沉至钻孔内指定深度；

(4)回填原土体材料，直至钻孔标高。