CN109084725B - 一种磁致沉降观测法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁致沉降观测法其特征在于，包括如下步骤:步骤一:选择、确定支撑层深度和支撑杆长度；步骤二:打孔并清净：步骤三:安装磁致沉降仪；步骤四:填满孔间隙；步骤五:安装固定顶板；步骤六:安装传感器导线；步骤七:连接采集仪；步骤八:测量固定顶板高程；步骤九：确定初始读数；步骤十：采集数据；步骤十一：自动采集；步骤十二：观测整理资料；步骤十三：绘制关系曲线；步骤十四：固结度计算。本发明的有益效果是，建筑物施工时，在建筑物底面设置沉降观测点，在观测点下面的稳定地层内设备基准点，通过磁致沉降仪测量观测点和基准点之间的相对位移，得到建筑物的沉降，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及沉降观测，特别是一种磁致沉降观测法。
背景技术
目前，常见的沉降检测方法主要有主要有几何水准测量、三角高程测量、测量以及静力水准测量。以几何水准测量、三角高程测量为代表的传统沉降监测方法存在受地形起伏的限制、作业工作量大、施测速度慢、自动化程度低、不能实时监测、后期投入成本大以及测量精度低等缺点。测量技术近年来迅速发展，其平面相对定位精度已达到了甚至更高，但是其高程测量精度相比水平测量精度低得多，目前其主要应用领域为城市地面沉降监测在接收卫星信号时周围不能有障碍物，否则易引起多路径效应，使得的放置具有一定难度，并且的造价昂贵。急需一种结构简单、精度高、不须通视、自动化程度高和稳定性好等特点，特别适合于有辐射、爆炸危险、蒸汽尘埃等污染情况或空间狭小、点不通视、空气紊流等导致光学测量不能进行时的特殊条件下的工程水准测量。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种磁致沉降观测法。
实现上述目的本发明的技术方案为，1、一种磁致沉降观测法，其特征在于，包括如下步骤:
步骤一:选择、确定支撑层深度和支撑杆长度：根据监测点地层情况，选择非压缩上层作为支撑层，确定支撑层深度和支撑杆长度；
步骤二:打孔并清净：用钻机成孔，钻孔深度进入支撑层大于1米，并清空干净：
步骤三:安装磁致沉降仪：将固定底座安装在第一节支撑杆底端，依次沉放支撑杆、导杆仓、传感器仓；
步骤四:填满空间隙：用中粗砂将钻孔内间隙填满；
步骤五:安装固定顶板：将固定顶板安装在传感器仓顶端，调节高度使其与被测建筑物底面标高一致；
步骤六:安装传感器导线：将传感器导线用护管保护，引至建筑物底面范围之外；
步骤七:连接采集仪：将信号线与采集仪相连，对传感器进行检查；
步骤八:测量固定顶板高程；
步骤九：确定初始读数：传感器埋设完毕应观测位移读数，一般每天至少观测3次，直至读数稳定；终止观测时的读数即为初始传感器位置；
步骤十：采集数据：在荷载施加期每天测读1～2次，满载后2天内测读一次；需要长期测试时，测试次数可根据实际情况确定；每次测读数据即为沉降Si；
步骤十一：自动采集：采用自动采集时，在荷载施加期每4～8小时测读一次，满载后每12小时测读一次，必要可加密测读或实时测读；
步骤十二：观测整理资料：观测资料应随时整理，计算分析，以便及时控制工程质量，指导施工；
步骤十三：绘制关系曲线：将测试结果及时绘制P-T-S关系曲线，以便直观地对异常数据进行分析；沉降量计算；
步骤十四：固结度计算：运用相关公式进行固结度的计算；
步骤三中，所述磁致沉降仪由可安装在孔底的固定底座、依次向上位于固定底座上方的支撑杆、护管和波纹套管、位于波纹套管上端的固定顶板、一端与固定顶板固定连接且位于波纹套管内的传感器仓、安装在传感器仓内部的磁致传感器、位于护管内的导杆仓、位于导杆仓内的磁环、一端与磁致传感器相连接器且另一端依次贯穿导杆仓、磁环的导杆共同构成的。
所述导杆与导杆仓相连处设有密封环。
所述磁环为不锈钢闭口磁环。
所述导杆仓与传感器仓均灌装有密封胶。
所述磁致传感器通过信号电缆与外设的采集设备相连接。
步骤十四中，利用沉降可以推算建筑物底面以下地基最终沉降量和计算固结度所运用的三点法相关公式如下：
式中:S∞-最终沉降量(cm)；
S1S2S3—实测沉降曲线上等同时间间隔下的实际沉降量(cm)；
根据地基的最终沉降量S∞可以计算固结度，公式如下：
式中:Ut-用实际沉降量表示的对应t时刻的固结度(％)
S∞-最终沉降量(cm)
St-t时刻的沉降量(cm)
7、根据权利要求1所述的一种磁致沉降观测法，其特征在于，利用沉降可以推算建筑物底面以下地基最终沉降量和计算固结度所运用的双曲线法相关公式如下：
双曲线法是假定下沉平均速度以双曲线形式减少的经验推导法；从开始到任意时刻t的沉降量St可用下式求得
St＝S0+t/(α+βt)
式中：S0---初期沉降量(t＝0)；
St---t时刻的沉降量；
t---经过的时间；
α、β---实测求得的系数；
以t为横坐标，t/(St-S0)为纵坐标，绘制t/(St-S0)和t的直线关系图，该直线与t/(St-S0)轴的交点即为α，斜率为β；当t＝∞时，最终沉降量S∞可用下式求得：
S∞＝S0+1/β
具体固结度计算公式。
利用本发明的技术方案制作的一种磁致沉降观测法，结构简单、精度高、不须通视、自动化程度高和稳定性好等特点，特别适合于有辐射、爆炸危险、蒸汽尘埃等污染情况或空间狭小、点不通视、空气紊流等导致光学测量不能进行时的特殊条件下的工程水准测量，同时，可以随时根据磁致沉降仪采集数据，进行数据分析，实测施工期间建筑物的沉降，绘制加载-时间-沉降(P-T-S)曲线，推算出最终沉降量及建筑物基础下土体的固结度，控制施工速率，保证施工安全。
附图说明
图1是本发明所述一种磁致沉降观测法的结构示意图；
图2是本发明所述一种磁致沉降观测法的磁致沉降仪结构示意图；
图3是本发明所述一种磁致沉降观测法的软基处理工程A4区平均沉降量曲线图；
图中，1、固定底座；2、支撑杆；3、护管；4、波纹套管；5、固定顶板；6、传感器仓；7、磁致传感器；8、导杆仓；9、磁环；10、导杆；11、密封环；12、密封胶；13、信号电缆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-3所示，一种磁致沉降观测法，包括如下步骤:步骤一:选择、确定支撑层深度和支撑杆长度：根据监测点地层情况，选择非压缩上层作为支撑层，确定支撑层深度和支撑杆长度；步骤二:打孔并清净：用钻机成孔，钻孔深度进入支撑层大于1米，并清空干净；步骤三:安装磁致沉降仪：将固定底座安装在第一节支撑杆底端，依次沉放支撑杆、导杆仓、传感器仓；步骤四:填满空间隙：用中粗砂将钻孔内间隙填满；步骤五:安装固定顶板：将固定顶板安装在传感器仓顶端，调节高度使其与被测建筑物底面标高一致；步骤六：安装传感器导线：将传感器导线用护管保护，引至建筑物底面范围之外；步骤七：连接采集仪：将信号线与采集仪相连，对传感器进行检查；步骤八：测量固定顶板高程；步骤九：确定初始读数：传感器埋设完毕应观测位移读数，一般每天至少观测3次，直至读数稳定。终止观测时的读数即为初始传感器位置；步骤十：采集数据：在荷载施加期每天测读1～2次，满载后2天内测读一次。需要长期测试时，测试次数可根据实际情况确定。每次测读数据即为沉降Si；步骤十一：自动采集：采用自动采集时，在荷载施加期每4～8小时测读一次，满载后每12小时测读一次，必要可加密测读或实时测读；步骤十二：观测整理资料：观测资料应随时整理，计算分析，以便及时控制工程质量，指导施工；步骤十三：绘制关系曲线：将测试结果及时绘制P-T-S关系曲线，以便直观地对异常数据进行分析。沉降量计算；步骤十四：固结度计算：运用相关公式进行固结度的计算。根据实际运用磁致沉降仪得到的表1沉降量汇总表和软基处理工程A4区平均沉降量曲线图
表1沉降量汇总表
注：″+″表示上升，“-”表示沉降，5-14所测数据为初始值(单位：cm)
步骤三中，所述磁致沉降仪由可安装在孔底的固定底座(1)、依次向上位于固定底座(1)上方的支撑杆(2)、护管(3)和波纹套管(4)、位于波纹套管(4)上端的固定顶板(5)、一端与固定顶板(5)固定连接且位于波纹套管(4)内的传感器仓(6)、安装在传感器仓(6)内部的磁致传感器(7)、位于护管(3)内的导杆仓(8)、位于导杆仓(8)内的磁环(9)、一端与磁致传感器(7)相连接器且另一端依次贯穿导杆仓(8)、磁环(9)的导杆(10)共同构成的；所述导杆(10)与导杆仓(8)相连处设有密封环(11)；所述磁环(9)为不锈钢闭口磁环；所述导杆仓(8)与传感器仓(6)均灌装有密封胶(12)；所述磁致传感器(7)通过信号电缆(13)与外设的采集设备相连接。磁致传感器是基于某些材料的维德曼效应、维拉里效应及超声效应制成的，例如铁和镍在磁场的作用下会发生材料变形。通常条件下铁、镍以及铁镍合金的磁致伸缩系数是很小的，在磁性材料中加入稀土超磁材料会使材料的磁致伸缩系数显着增大。在测量位移、长度方面，磁致伸缩效用被人们广泛的应用，但磁致伸缩效应用于液位测量，磁致沉降仪是由位于测杆端部的信号测试系统、磁致伸缩波导丝、波导管以及内含磁铁的浮子组成，可埋设与建筑物、防波堤、水坝等底部，用于观测其沉降位移，配合采集设备可实现自动、实时变形监控。其量程最大为3米，耐水压50米，其线性误差优于±0.05％FS,重复精度优于±0.02％FS。磁致伸缩传感器的原理是利用两个不同磁场相交时产生一个应变脉冲信号，然后计算这个信号被探测所需的时间周期，从而换算出准确的位置。工作时，由电子仓内电子电路产生一个起始脉冲，此起始脉冲在波导丝中传输时，同时产生了一个沿波导丝方向前进的旋转磁场，当这个磁场与磁环中的永久磁场相遇时，产生磁致伸缩效应，使波导丝发生扭动，这一扭动被安装在电子仓内的拾能机构所接收并转换成相应的电流脉冲，通过电子电路计算出两个脉冲之间的时间差，即可精确地测出被测介质的液位高度。磁致式传感器具有大量程、高精度的特点；其量程最大可达精度可达。由于磁致式传感器内部可动的机械部件较少，使其具有安装简便、可靠性较高以及维护方便等特点。磁致式传感器具有使用寿命长、故障率低、高线性、环境适应能力强、功耗低、始动漂移小、温度漂移低等特点。
步骤十四中，所述利用沉降可以推算建筑物底面以下地基最终沉降量和计算固结度所运用的三点法相关公式如下：
式中:S∞-最终沉降量(cm)；
S1S2S3—实测沉降曲线上等同时间间隔下的实际沉降量(cm)。
根据地基的最终沉降量S∞可以计算固结度，公式如下：
式中:Ut-用实际沉降量表示的对应t时刻的固结度(％)
S∞-最终沉降量(cm)
St-t时刻的沉降量(cm)
所述利用沉降可以推算建筑物底面以下地基最终沉降量和计算固结度所运用的双曲线法相关公式如下：
双曲线法是假定下沉平均速度以双曲线形式减少的经验推导法。从开始到任意时刻t的沉降量St可用下式求得
St＝S0+t/(α+βt)
式中：S0---初期沉降量(t＝0)；
St---t时刻的沉降量；
t---经过的时间；
α、β---实测求得的系数。
以t为横坐标，t/(St-S0)为纵坐标，绘制t/(St-S0)和t的直线关系图，该直线与t/(St-S0)轴的交点即为α，斜率为β。当t＝∞时，最终沉降量S∞可用下式求得：
S∞＝S0+1/β
固结度计算同三点法。
基于上述公式得到表2软基处理工程A4区。
本实施方案的特点为，采用磁致沉降仪观测建筑物沉降的一种方法。传感器的核心包括一条铁磁材料的测量感应元件，一般被称为"波导管"，一个可以移动的永磁铁，磁铁与波导管会产生一个纵向向的磁场。每当电流脉冲由传感器电子头送出并通过波导管时，便产生径向的第二个磁场。当这两个磁场在波导管相交的瞬间，波导管发生"磁致伸缩"现像，产生应变脉冲并沿波导管返回传感器电子头被接受，由此准确计算出磁铁在波导管的位置。建筑物施工时，在建筑物底面设置沉降观测点，在观测点下面的稳定地层内设备基准点，通过磁致沉降仪测量观测点和基准点之间的相对位移，得到建筑物的沉降，结构简单、精度高、不须通视、自动化程度高和稳定性好等特点，特别适合于有辐射、爆炸危险、蒸汽尘埃等污染情况或空间狭小、点不通视、空气紊流等导致光学测量不能进行时的特殊条件下的工程水准测量，同时，可以随时根据磁致沉降仪采集数据，进行数据分析，实测施工期间建筑物的沉降，绘制加载-时间-沉降(P-T-S)曲线，推算出最终沉降量及建筑物基础下土体的固结度，控制施工速率，保证施工安全。
在本实施方案中，数据的传输采用以下两种方式：动态实时传输。用户可从视观测系统(显示器)上及时直观地了解信息内容，内容会自动地保存在相关文件中，便于数据的处理和记录。集中传送。采用直接存入用户信箱法的方式传输。对于这种传送方式，可以任意设定其采集次数和间隔时间。单次或多次任意时刻定时集中传输至数据中心或指定电子信箱。对于选用邮箱接收监测数据，监测人员可随时随地登录邮箱获取数据。本次实验采取的采集方式为集中传送，接收方式采用邮箱接收。数据每分钟采集一次，每天采集组数据，并于每天定时发往固定的电子邮筘，经长期测试，此种方式长期稳定性高，可靠性好，不会出现数据丢失的现象。数据中心在网络通讯时，数据中心用于与一台或多台异地数据采集发送设备。进行通示、存储、打印数据等功能。数据中心可以由电脑、手机以及其他上网设备组成。
在本实施方案中，如表3所示磁致沉降仪与常用沉降仪性能和特点的对比。
表3磁致沉降仪与常用沉降仪性能和特点的对比
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种磁致沉降观测法，其特征在于，包括如下步骤:
步骤一:选择、确定支撑层深度和支撑杆长度：根据监测点地层情况，选择非压缩上层作为支撑层，确定支撑层深度和支撑杆长度；
步骤二:打孔并清净：用钻机成孔，钻孔深度进入支撑层大于1米，并清空干净：
步骤三:安装磁致沉降仪：将固定底座安装在第一节支撑杆底端，依次沉放支撑杆、导杆仓、传感器仓；
步骤四:填满空间隙：用中粗砂将钻孔内间隙填满；
步骤五:安装固定顶板：将固定顶板安装在传感器仓顶端，调节高度使其与被测建筑物底面标高一致；
步骤六:安装传感器导线：将传感器导线用护管保护，引至建筑物底面范围之外；
步骤七:连接采集仪：将信号线与采集仪相连，对传感器进行检查；
步骤八:测量固定顶板高程；
步骤九：确定初始读数：传感器埋设完毕应观测位移读数，一般每天至少观测3次，直至读数稳定；终止观测时的读数即为初始传感器位置；
步骤十：采集数据：在荷载施加期每天测读1～2次，满载后2天内测读一次；需要长期测试时，测试次数可根据实际情况确定；每次测读数据即为沉降Si；
步骤十一：自动采集：采用自动采集时，在荷载施加期每4～8小时测读一次，满载后每12小时测读一次，必要可加密测读或实时测读；
步骤十二：观测整理资料：观测资料应随时整理，计算分析，以便及时控制工程质量，指导施工；
步骤十三：绘制关系曲线：将测试结果及时绘制P-T-S关系曲线，以便直观地对异常数据进行分析；沉降量计算；
步骤十四：固结度计算：运用相关公式进行固结度的计算；
步骤三中，所述磁致沉降仪由可安装在孔底的固定底座(1)、依次向上位于固定底座(1)上方的支撑杆(2)、护管(3)和波纹套管(4)、位于波纹套管(4)上端的固定顶板(5)、一端与固定顶板(5)固定连接且位于波纹套管(4)内的传感器仓(6)、安装在传感器仓(6)内部的磁致传感器(7)、位于护管(3)内的导杆仓(8)、位于导杆仓(8)内的磁环(9)、一端与磁致传感器(7)相连接器且另一端依次贯穿导杆仓(8)、磁环(9)的导杆(10)共同构成的。
2.根据权利要求1所述的一种磁致沉降观测法，其特征在于，所述导杆(10)与导杆仓(8)相连处设有密封环(11)。
3.根据权利要求1所述的一种磁致沉降观测法，其特征在于，所述磁环(9)为不锈钢闭口磁环。
4.根据权利要求1所述的一种磁致沉降观测法，其特征在于，所述导杆仓(8)与传感器仓(6)均灌装有密封胶(12)。
5.根据权利要求1所述的一种磁致沉降观测法，其特征在于，所述磁致传感器(7)通过信号电缆(13)与外设的采集设备相连接。
6.根据权利要求1所述的一种磁致沉降观测法，其特征在于，步骤十四中，利用沉降可以推算建筑物底面以下地基最终沉降量和计算固结度所运用的三点法相关公式如下：
式中:S∞-最终沉降量(cm)；
S1 S2 S3—实测沉降曲线上等同时间间隔下的实际沉降量(cm)；
根据地基的最终沉降量S∞可以计算固结度，公式如下：
式中:Ut-用实际沉降量表示的对应t时刻的固结度(％)
S∞-最终沉降量(cm)
St-t时刻的沉降量(cm) 。
7.根据权利要求1所述的一种磁致沉降观测法，其特征在于，利用沉降可以推算建筑物底面以下地基最终沉降量和计算固结度所运用的双曲线法相关公式如下：
双曲线法是假定下沉平均速度以双曲线形式减少的经验推导法；从开始到任意时刻t的沉降量St可用下式求得
St＝S0+t/(α+βt)
式中：S0---初期沉降量(t＝0)；
St---t时刻的沉降量；
t---经过的时间；
α、β---实测求得的系数；
以t为横坐标，t/(St-S0)为纵坐标，绘制t/(St-S0)和t的直线关系图，该直线与t/(St-S0)轴的交点即为α，斜率为β；当t＝∞时，最终沉降量S∞可用下式求得：
S∞＝S0+1/β
具体固结度计算公式。
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