CN109855544A - 一种基于激光测距的地表裂缝监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于激光测距的地表裂缝监测装置，包括固定桩、激光测距仪、调节底座、基座和对准板，固定桩有两个，分别设置在裂缝内外两侧，对准板设置在裂缝内侧的固定桩上，基座固定设置在裂缝外侧的固定桩上，调节底座安装在基座上，激光测距仪安装在调节底座上，激光测距仪与对准板相对布置。该发明只需一个激光测距仪，无需埋设传感器，价格低廉，且相对传感器监测来说测点不易被破坏，同时其测量精度高，体积小、质量轻，便于携带；而且在测量时，只需调整调节底座，使激光点刚好落在对准板中心区域，同时测量人员在离裂缝较远处即可完成测量，不需要进入裂缝内侧，保障了测量人员的人身安全。

Description

一种基于激光测距的地表裂缝监测装置及方法

技术领域

本发明属于岩土工程地表监测技术领域，具体涉及一种基于激光测距的地表裂缝监测装置及方法，适用于边坡开挖、基坑开挖、地下采矿等人类工程活动引起的地表裂缝监测。

背景技术

随着我国工程建设的迅速发展，公路边坡开挖、铁路边坡开挖和深大基坑开挖也越来越多，开挖往往会引起坡体地表和基坑周边出现开裂现象，甚至引起滑坡和垮塌，造成巨大的经济损失和不良社会影响，而对地表裂缝进行精确监测，能为边坡和基坑安全稳定性评估提供依据，具有重要意义。 目前，地表裂缝传统监测方法主要有以下两种：（1）在裂缝关键位置埋设骑缝观测桩，或用米尺直接测量裂缝宽度，这些方法简便易行，适合群测群防，但测量精度低，无法获得准确的裂缝宽度变化信息；（2）埋设传感器的监测方法，该方法测量精度较高，但传感器不能重复使用，价格高昂，且传感器埋设在现场容易被破坏，破坏后不容易恢复。

而中国专利CN103487373公布了一种钢尺+收敛计的边坡裂缝监测装置及方法，该方法在测量精度上与简易测量方法相比较高，成本也相对于埋设传感器的方法低廉，但该方法存在以下不足：（1）该方法需要携带钢尺与收敛计，当裂缝两侧监测桩埋设距离较大时，携带钢尺不方便；（2）较长的钢尺桩受热胀冷缩的影响大，也容易引起测量误差；（3）用该方法进行监测，测量人员必须进入裂缝内侧监测桩架设钢尺，裂缝内侧是相对不稳定区域，尤其是对于边坡的大裂缝内侧区域，随时存在滑坡的风险，监测人员的人身安全无法得到保障。

发明内容

本发明的目的是针对现有地表裂缝监测方法存在的上述不足，提供一种基于激光测距的地表裂缝监测装置，具有经济实用、操作简单、测量精度高、携带方便、测点不容易被破坏以及能较好地保障测量人员的人身安全等优点。

本发明的技术方案是提供了一种基于激光测距的地表裂缝监测装置，包括固定桩、激光测距仪、调节底座、基座和对准板，所述固定桩有两个，分别设置在裂缝内外两侧，所述对准板设置在裂缝内侧的固定桩上，所述基座固定设置在裂缝外侧的固定桩上，所述调节底座安装在所述基座上，所述激光测距仪安装在所述调节底座上，所述激光测距仪与所述对准板相对布置，通过调节底座调节激光测距仪的激光光路位置，使得激光点落在对准板中心。

进一步的，所述调节底座包括用于与激光测距仪连接的第一连接端部，用于与基座连接的第二连接端部，以及连接第一连接端部和第二连接端部的转动轴；所述第一连接端部与转动轴同轴布置，且两者之间通过可转动固定螺栓转动连接，所述可转动固定螺栓垂直于第一连接端部的轴线，所述第二连接端部上远离基座的一端设有活动凹槽，所述活动凹槽内设有供转动轴轴向转动的滚珠。

进一步的，所述转动轴包括与可转动固定螺栓转动连接的矩形段，与活动凹槽转动连接的圆柱段，以及连接矩形段和圆柱段的过渡段。

进一步的，所述固定桩的高度为0.3m～1.0m，地面部分横截面为20cm×20cm～30cm×30cm，埋入地下深度不小于0.5m，埋入地下部分横截面为50cm×50cm～70cm×70cm，且裂缝内侧的固定桩与裂缝的距离为0.6m～1.0m，裂缝外侧的固定桩与裂缝的距离为5m～20m。

进一步的，所述对准板为直径10cm～15cm的圆形钢板，厚度为0.5cm～1cm，对准板中间设有对准中心圆圈，对准中心圆圈的直径0.5cm～1cm。

进一步的，所述对准板的正上方设有挡板，所述挡板一端部嵌入固定桩固定，且挡板嵌入固定桩的深度为5cm～8cm，出露长度为8cm～10cm。

进一步的，裂缝外侧的固定桩上设有凹槽，所述基座固定在凹槽内。

进一步的，所述基座包括基座连接端、基座固定端和带孔钢板，所述基座连接端与所述基座固定端为一体结构，且基座固定端贯穿所述带孔钢板，所述基座连接端与所述调节底座连接，所述基座固定端嵌入固定桩固定，所述带孔钢板固定在所述固定桩的侧壁上。

另外，本发明还提供了一种基于激光测距的地表裂缝监测方法，包括如下步骤：

1)在裂缝两侧分别浇筑固定桩，并在裂缝内侧的固定桩上安装对准板，在裂缝外侧的固定桩上设置凹槽，同时在凹槽位置埋设基座，并在基座上通过调节底座安装激光测距仪；

2)调整调节底座，使得激光测距仪发射的激光点落在对准板的中心区域；

3)激光与对准板对准，按下激光测距仪的测量开关按钮，记录测量距离，测量三次，当三次的数值差小于1mm时，取平均值作为本次测量的初始距离；

4)根据设计时间段按步骤3)进行测量距离，通过此测量距离和初始距离相减，即得裂缝的位移变化情况。

进一步的，所述步骤1)固定桩浇筑成型后，拆除浇筑模板，同时采用水准仪进行监测一段时间，确定埋设的固定桩稳定，与周围土体没有不均匀沉降变形。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)本发明提供的这种基于激光测距的地表裂缝监测装置只需一个激光测距仪，激光测距仪可随身携带，测完一个点可以拆下进行下一次测量，无需埋设传感器，价格低廉，且相对传感器监测来说测点不易被破坏，而且其测量精度高，体积小、质量轻，便于携带。

(2)本发明提供的这种基于激光测距的地表裂缝监测装置在测量时，只需调整调节底座，使激光点刚好落在对准板中心区域，按下测量按钮，即可完成测量，操作简单；同时测量人员在离裂缝较远处即可完成测量，不需要进入裂缝内侧，保障了测量人员的人身安全。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明基于激光测距的地表裂缝监测装置的结构示意图；

图2是本发明中激光测距仪的结构示意图；

图3是本发明中调节底座的结构示意图；

图4是本发明中激光测距仪与调节底座安装结构示意图；

图5是本发明中调节底座的转动轴的侧面图；

图6是本发明中基座的结构示意图。

附图标记说明：1、激光测距仪；2、调节底座；3、基座；4、带孔钢板；5、凹槽；6、挡板；7、对准板；8、固定桩；9、激光；10、第一连接端部；11、可转动固定螺栓；12、转动轴；13、第二连接端部；14、活动凹槽；15、滚珠；16、基座连接端；17、基座固定端；18、矩形段；19、过渡段；20、圆柱段。

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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元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。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种基于激光测距的地表裂缝监测装置，包括固定桩8、激光测距仪1、调节底座2、基座3和对准板7，所述固定桩8有两个，分别设置在裂缝内外两侧，所述对准板7设置在裂缝内侧的固定桩8上，所述基座3固定设置在裂缝外侧的固定桩8上，所述调节底座2安装在所述基座3上，所述激光测距仪1安装在所述调节底座2上，所述激光测距仪1与所述对准板7相对布置，通过调节底座2调节激光测距仪1的激光光路位置，使得激光测距仪1发射的激光9可精准对准目标，而射到裂缝内侧的固定桩8的对准板7上，对准板7用于反射激光信号，激光点对准，即可开始测量。

细化的实施方式，所述固定桩8由水泥和沙混合制成，根据边坡植被发育情况，其高度设置为0.3m～1.0m，在条件允许的情况下，高度设置越低越好，地面部分横截面为20cm×20cm～30cm×30cm，埋入地下深度不小于0.5m，且保证其埋入深度到达处理层位置，埋入地下部分横截面为50cm×50cm～70cm×70cm，以保证水泥固定桩的稳定性。而由于裂缝内侧的固定桩8用于反射激光信号，因而将裂缝内侧的固定桩8与裂缝的距离为0.6m～1.0m，既要保证裂缝内侧的固定桩8埋设浇筑时不对裂缝造成影响，又要尽可能离裂缝近，以保证测量的准确性；裂缝外侧的固定桩8与裂缝的距离为5m～20m，这样，测量时测量人员不需要靠近裂缝，只需在裂缝外侧的固定桩8上架设好激光测距仪1便可以进行测量，充分保障了测量人员的人身安全。

对准板7用于测量时激光点对准，本实施例中所述对准板7采用直径10cm～15cm的圆形钢板，厚度为0.5cm～1cm，对准板7中间设有对准中心圆圈，对准中心圆圈的直径0.5cm～1cm，且该对准中心圆圈醒目并且能够长期保留。优化的，为了保护对准板7避免雨水和日晒的锈蚀，所述对准板7的正上方设有挡板6，具体的，所述挡板6设置在对准板7上方2cm～3cm，挡板6厚度为0.5cm～1.0cm，面积为13cm×13cm～18cm×18cm，所述挡板6一端部嵌入固定桩8固定，且挡板6嵌入固定桩8的深度为5cm～8cm，出露长度为8cm～10cm，保证挡板安装的稳定性。而同时为了保证基座3不受雨水和日晒锈蚀，优化的，在裂缝外侧的固定桩8上设有凹槽5，凹槽5为8cm～10cm的正方形，深度为4cm～6cm，所述基座3固定在凹槽5内。

一种优化的实施方式，如图3和图4所示，所述调节底座2包括第一连接端部10、第二连接端部13以及连接第一连接端部10和第二连接端部13的转动轴12；第一连接端部10的一端通过加工与激光测距仪1永久性的固定连接，连接后激光测距仪1和调节底座2成为一体，第一连接端部10与转动轴12同轴布置，且第一连接端部10的另一端通过可转动固定螺栓11与转动轴12转动连接，所述可转动固定螺栓11垂直于第一连接端部10的轴线布置，这样可转动固定螺栓11能够限制转动轴12与第一连接端部10的轴向相对位移，但不限制其转动，第一连接端部10可带动激光测距仪1绕可转动固定螺栓11转动；同时，所述第二连接端部13一端与基座3通过螺纹可拆卸连接，所述第二连接端部13上远离基座3的一端设有活动凹槽14，所述活动凹槽14内设有供转动轴12轴向转动的滚珠15，通过滚珠15实现转动轴12绕轴线的360°自由转动；通过第一连接端部10和转动轴12两个不同方向转动的共同调节作用，实现对激光测距仪1发射的激光9在裂缝内侧的固定桩8上位置的调节，使激光测距仪1可以精确对准目标。具体的，如图5所示，所述转动轴12包括矩形段18、圆柱段20以及连接矩形段18和圆柱段20的过渡段19，矩形段18与可转动固定螺栓11转动连接，将矩形段18设计为矩形结构，便于转动轴12绕可转动固定螺栓11转动，圆柱段20与活动凹槽14活动连接，将圆柱段20设计为圆柱结构，便于转动轴12在活动凹槽14内旋转。本实施例中转动轴12与第一连接端部10搭接长度为1.8cm～2.5cm，与第二连接端部13通过活动凹槽14连接，搭接长度为1.5cm～2.2cm。在测量时，只需将调节底座2的第二连接端部13与固定桩8上的基座3固定，调整激光点对准，即可开始测量。

如图6所示，所述基座3包括基座连接端16、基座固定端17和带孔钢板4，所述基座连接端16与所述基座固定端17为一体结构，且基座固定端17贯穿所述带孔钢板4，所述基座连接端16出露在固定桩8外侧，其露出部分长度为2cm～4cm，基座连接端16与所述调节底座2的第二连接端部13连接，所述基座固定端17嵌入固定桩8固定，基座固定端17埋入固定桩8的深度为5cm～8cm，所述带孔钢板4固定在所述固定桩8的侧壁上，优化的，带孔钢板4固定在固定桩8的凹槽5内，且带孔钢板4与凹槽5大小一致，为8cm～10cm边长的正方形，厚度为0.5cm～1cm。

采用本实施例中基于激光测距的地表裂缝监测装置进行地表裂缝监测方法，具体过程包括如下步骤：

(1)在裂缝两侧分别浇筑固定桩8，固定桩8分为裂缝内侧固定桩和裂缝外侧固定桩，裂缝内侧的固定桩8与裂缝的距离为0.6m～1.0m，并在裂缝内侧的固定桩8上安装对准板7，裂缝外侧的固定桩8与裂缝的距离为5m～20m，在裂缝外侧的固定桩8上设置凹槽5，同时在凹槽5位置埋设基座3，并在基座3上通过调节底座2安装激光测距仪1。

而为了保证测量的准确性，优化的，待固定桩8浇筑成型后，拆除浇筑模板，同时采用水准仪进行监测一段时间，确定埋设的固定桩8稳定，与周围土体没有不均匀沉降变形，再进行后续的激光对准测量过程。

(2)调节底座2安装在基座3上后，调整调节底座2，使得激光测距仪1发射的激光点落在对准板7的对准中心圆圈区域。

(3)激光9与对准板7对准，按下激光测距仪1的测量开关按钮，记录测量距离，测量三次，当三次的数值差小于1mm时，取平均值作为本次测量的初始距离。

(4)根据设计时间段按步骤(3)进行测量距离，通过此测量距离和初始距离相减，即得裂缝的位移变化情况。

测量结束后，记录所测的数据，拆卸调节底座2与基座3的连接，取下激光测距仪1和调节底座2，便可进行下一裂缝的测量。

其中，所述的激光测距仪如图2所示，可采用目前市场上成熟的Leica DISTO D510便携式激光测距仪，由于本装置体积小，质量轻，便于携带，特别适合边坡的裂缝测量，其测量精度可达±1mm，测量范围为0.05～200m。具体参数如下：测量误差：±1mm；测程：0.05m～200m；激光点直径：6/30/60mm（10/50/100m）；测量单位：m.ft.in.yd；激光等级：2；激光类型：635nm<1Mw；防护等级：IP65；机器重量（含电池）：198g；电池寿命：5000次测量；内存：30次显示值；机器尺寸：14.3×5.8×2.9cm。

综上所述，本发明提供的这种基于激光测距的地表裂缝监测装置只需一个激光测距仪，激光测距仪可随身携带，测完一个点可以拆下进行下一次测量，无需埋设传感器，价格低廉，且相对传感器监测来说测点不易被破坏，同时其测量精度高，体积小、质量轻，便于携带；而且在测量时，只需调整调节底座，使激光点刚好落在对准板中心区域，同时测量人员在离裂缝较远处即可完成测量，不需要进入裂缝内侧，保障了测量人员的人身安全。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于激光测距的地表裂缝监测装置，其特征在于：包括固定桩、激光测距仪、调节底座、基座和对准板，所述固定桩有两个，分别设置在裂缝内外两侧，所述对准板设置在裂缝内侧的固定桩上，所述基座固定设置在裂缝外侧的固定桩上，所述调节底座安装在所述基座上，所述激光测距仪安装在所述调节底座上，所述激光测距仪与所述对准板相对布置，通过调节底座调节激光测距仪的激光光路位置，使得激光点落在对准板中心。

2.如权利要求1所述的基于激光测距的地表裂缝监测装置，其特征在于：所述调节底座包括用于与激光测距仪连接的第一连接端部，用于与基座连接的第二连接端部，以及连接第一连接端部和第二连接端部的转动轴；

所述第一连接端部与转动轴同轴布置，且两者之间通过可转动固定螺栓转动连接，所述可转动固定螺栓垂直于第一连接端部的轴线，所述第二连接端部上远离基座的一端设有活动凹槽，所述活动凹槽内设有供转动轴轴向转动的滚珠。

3.如权利要求2所述的基于激光测距的地表裂缝监测装置，其特征在于：所述转动轴包括与可转动固定螺栓转动连接的矩形段，与活动凹槽转动连接的圆柱段，以及连接矩形段和圆柱段的过渡段。

4.如权利要求1所述的基于激光测距的地表裂缝监测装置，其特征在于：所述固定桩的高度为0.3m～1.0m，地面部分横截面为20cm×20cm～30cm×30cm，埋入地下深度不小于0.5m，埋入地下部分横截面为50cm×50cm～70cm×70cm，且裂缝内侧的固定桩与裂缝的距离为0.6m～1.0m，裂缝外侧的固定桩与裂缝的距离为5m～20m。

5.如权利要求1所述的基于激光测距的地表裂缝监测装置，其特征在于：所述对准板为直径10cm～15cm的圆形钢板，厚度为0.5cm～1cm，对准板中间设有对准中心圆圈，对准中心圆圈的直径0.5cm～1cm。

6.如权利要求1所述的基于激光测距的地表裂缝监测装置，其特征在于：所述对准板的正上方设有挡板，所述挡板一端部嵌入固定桩固定，且挡板嵌入固定桩的深度为5cm～8cm，出露长度为8cm～10cm。

7.如权利要求1所述的基于激光测距的地表裂缝监测装置，其特征在于：裂缝外侧的固定桩上设有凹槽，所述基座固定在凹槽内。

8.如权利要求1所述的基于激光测距的地表裂缝监测装置，其特征在于：所述基座包括基座连接端、基座固定端和带孔钢板，所述基座连接端与所述基座固定端为一体结构，且基座固定端贯穿所述带孔钢板，所述基座连接端与所述调节底座连接，所述基座固定端嵌入固定桩固定，所述带孔钢板固定在所述固定桩的侧壁上。

9.一种基于激光测距的地表裂缝监测方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)在裂缝两侧分别浇筑固定桩，并在裂缝内侧的固定桩上安装对准板，在裂缝外侧的固定桩上设置凹槽，同时在凹槽位置埋设基座，并在基座上通过调节底座安装激光测距仪；

2)调整调节底座，使得激光测距仪发射的激光点落在对准板的中心区域；

3)激光与对准板对准，按下激光测距仪的测量开关按钮，记录测量距离，测量三次，当三次的数值差小于1mm时，取平均值作为本次测量的初始距离；

4)根据设计时间段按步骤3)进行测量距离，通过此测量距离和初始距离相减，即得裂缝的位移变化情况。

10.如权利要求9所述的基于激光测距的地表裂缝监测方法，其特征在于：所述步骤1)固定桩浇筑成型后，拆除浇筑模板，同时采用水准仪进行监测一段时间，确定埋设的固定桩稳定，与周围土体没有不均匀沉降变形。