CN109916369B - 一种深孔变形自动化监测装置及方法 - Google Patents

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本发明提供的一种深孔变形自动化监测装置，包括地表位移变形传感器、数个固定式测斜仪和监测平台，地表位移变形传感器安装在深孔孔顶的地表面处，作为变形控制点，用于测量深孔孔顶地表在滑移方向的地表变形值；固定式测斜仪从深孔底部至深孔孔顶等间距竖直安放，用于测量深孔孔内各固定式测斜仪设置点的角度变形值；监测平台设置在深孔孔顶旁侧；监测平台包括计算模块和通讯模块，通讯模块用于接收地表变形值和深孔孔内各固定式测斜仪设置点的变形值，计算模块用于对深孔孔内各固定式测斜仪设置点的变形值按长度的比例加以修正，可得出更加精确的深孔内变形水平位移校准值。

Description

一种深孔变形自动化监测装置及方法
技术领域
本发明涉及岩土工程中对深孔变形的监测技术领域，具体涉及一种深孔变形自动化监测装置及方法。
背景技术
岩土工程监测，是对工程施工及使用过程中，所引起的岩土体变形、周边环境及建筑物本身其安全与稳定性的变化，进行的系统观测分析的过程。目的是为了对勘察结果与评价建议进行检查和验证，为工程设计、施工和验收提供可靠的依据。
深孔变形监测分为人工监测和自动化监测。人工监测为了取得良好的效果，人工固定式测斜仪探头在垂直方向一般采用0.5m的间距，这样测量的位移曲线会比较平滑，同时准确性也较高。
而自动化监测具有实时性好、精确度高等优势，已经开始逐步取代人工监测。但是由于深孔固定式测斜仪造价高，目前在深孔垂直方向一般采用5m的间距布置1个深孔固定式测斜仪，采样间距较大。而角度变化只是反应局部变形的角度，采样间距越大，带来的误差也越大。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种深孔变形自动化监测装置与变形位移计算方法，以解决现有技术中存在的自动化监测数据偶然误差偏大，监测装置安装不便，监测成本较高的技术问题。
本发明提供的一种深孔变形自动化监测装置，包括地表位移变形传感器、数个固定式测斜仪和监测平台，地表位移变形传感器安装在深孔孔顶的地表面处，作为变形控制点，用于测量深孔孔顶地表在滑移方向的地表变形值；固定式测斜仪从深孔底部至深孔孔顶等间距竖直安放，用于测量深孔孔内各固定式测斜仪设置点的角度变形值；监测平台设置在深孔孔顶旁侧；位移变形传感器和固定式测斜仪分别与监测平台相连接；监测平台包括计算模块和通讯模块，通讯模块用于接收地表变形值和深孔孔内各固定式测斜仪设置点的变形值，计算模块用于对深孔孔内各固定式测斜仪设置点的变形值按长度的比例加以修正。
进一步的，固定式测斜仪每两个之间的布置间距为3-10m。
进一步的，固定式测斜仪每两个之间的布置间距为5m。
进一步的，计算模块对监测的孔内变形值按长度的比例加以修正，具体为：将地表变形值S0替代地表水平位移反向推算深孔内各固定式测斜仪设置点的变形量，计算公式为：
Figure BDA0002021724750000021
其中S’0为深孔孔顶与深孔孔底之间的采用固定式测斜仪计算的偏移量总和，L为各固定式测斜仪之间的安装间距，θk为第k个固定式测斜仪的现场实测角度变形数据，则S修正为深孔内各固定式测斜仪设置点修正后的水平位移。进一步的，监测平台还包括时间模块、存储模块、微处理器和预测模块，所述时间模块、存储模块和预测模块分别与微处理器相连接，所述存储模块将一天中采集的数据按照时间顺序进行存储作为历史数据，所述预测模块用于根据历史数据进行变形预测。
一种深孔变形自动化监测方法，包括以下步骤：
S1.在深孔孔顶的地表面处，安装位移变形传感器，测量深孔孔顶地表在滑移方向的地表变形值S0，并将S0作为精确值；
S2.从深孔底部至深孔孔顶等间距竖直安放n个固定式测斜仪，则深孔内第Km个固定式测斜仪所在位置处的水平位移为
Figure BDA0002021724750000022
深孔孔顶处测斜仪所在位置处的水平位移为
Figure BDA0002021724750000023
S3.将S0替代Sn反算孔内各点的变形量，利用长度的比例进行修正，得到修正后的水平位移。
进一步的，还包括以下步骤：
S4.将修正后的水平位移作为该时刻的最终变形值，并计算变形速度，并存储；
S5.选取变形速度中的最大值作为参考值，通过计算预估变形临界点到来的时间。
由上述技术方案可知，本发明的有益效果：
通过安装在深孔孔顶的地表面处的位移变形传感器，测定深孔孔顶位置的位移值。通过计算方法，对传统的深孔变形位移计算值进行修正，可以使得采用5m间距的自动化监测值，和采用0.5m间距的人工监测值的误差基本一致。同时，因通过该计算方法的修正，可以减少对固定式测斜仪的安装数量要求，降低了监测成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明一种深孔变形自动化监测装置的结构示意图。
图2为深孔变形位移的计算原理示意图。
附图标记：
1-监测平台，2-固定式测斜仪，3-地表位移变形传感器，4-深孔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例1，如图1至图2所示，本发明提供一种深孔变形自动化监测装置，包括地表位移变形传感器、数个固定式测斜仪和监测平台，地表位移变形传感器安装在深孔孔顶的地表面处，作为变形控制点，用于测量深孔孔顶地表在滑移方向的地表变形值；地表位移变形传感器为拉线式位移变形传感器，该类型传感器所需的安装空间尺寸小、便于安装。同时使用寿命长，所需的后期维护少，从总体来看，可实现低成本的高精度测量。
固定式测斜仪从深孔底部至深孔孔顶等间距竖直安放，用于测量深孔孔内各固定式测斜仪设置点的角度变形值；数个固定式测斜仪在物理连接方式上采用串联连接，在供电和通信控制连接方式上采用并联连接。可以避免某一个固定式测斜仪出问题，而导致其它所有固定式测斜仪同时出问题的情况，使整个监测装置的稳定性、可靠性更高。固定式测斜仪从底部开始编号，分别是K1，K2……Kn；固定式测斜仪之间的间距分别是L1，L2……Ln；角度变化分别是θ1，θ2……θn。
则深孔中第Km固定式测斜仪顶端的水平位移
Figure BDA0002021724750000041
孔顶地表水平位移
Figure BDA0002021724750000042
其中θk为现场实测值，Lk为固定式测斜仪安装间距。
监测平台设置在深孔孔顶旁侧；地表位移变形传感器和固定式测斜仪分别与监测平台相连接；监测平台包括计算模块和通讯模块，通讯模块用于接收地表变形值和深孔孔内各固定式测斜仪设置点的变形值，计算模块用于对深孔孔内各固定式测斜仪设置点的变形值按长度的比例加以修正。
计算模块对监测的孔内变形值按长度的比例加以修正，具体为：将地表变形值S0替代地表水平位移反向推算深孔内各固定式测斜仪设置点的变形量，计算公式为：
Figure BDA0002021724750000043
其中S’0为深孔孔顶与深孔孔底之间的采用固定式测斜仪计算的偏移量总和，L为各固定式测斜仪之间的安装间距，θk为第k个固定式测斜仪的现场实测角度变形数据，则S修正为深孔内各固定式测斜仪设置点修正后的水平位移。
(1)在同一个深孔中按照本实施例中描述的结构设置地表位移变形传感器和数个固定式测斜仪，固定式测斜仪每两个之间的布置间距为3m，地表位移传感监测数据S0＝10cm，使用本实施例中的计算模块计算修正后的水平位移大小S修正，同时也运用传统方法计算水平位移，以及通过人工手动检测的方式对1-10号位置的位移情况进行检测。从下表可以看出，使用传统自动化监测方法计算得到的水平位移最大误差约为人工检测的2倍，修正后的水平位移大小S修正与人工检测值基本相同。
Figure BDA0002021724750000051
(2)在同一个深孔中按照本实施例中描述的结构设置地表位移变形传感器和数个固定式测斜仪，固定式测斜仪每两个之间的布置间距为5m，地表位移传感监测数据S0＝10cm，使用本实施例中的计算模块计算修正后的水平位移大小S修正，同时也运用传统方法计算水平位移，以及通过人工手动检测的方式对1-6号位置的位移情况进行检测。从下表可以看出，使用传统自动化监测方法计算得到的水平位移最大误差约为人工检测的2.5倍，修正后的水平位移大小S修正与人工检测值基本相同。
Figure BDA0002021724750000061
(3)在同一个深孔中按照本实施例中描述的结构设置地表位移变形传感器和数个固定式测斜仪，固定式测斜仪每两个之间的布置间距为10m，地表位移传感监测数据S0＝10cm，使用本实施例中的计算模块计算修正后的水平位移大小S修正，同时也运用传统方法计算水平位移，以及通过人工手动检测的方式对1-6号位置的位移情况进行检测。从下表可以看出，使用传统自动化监测方法计算得到的水平位移最大误差约为人工检测的2倍，修正后的水平位移大小S修正与人工检测值基本相同。
Figure BDA0002021724750000062
实施例2
在实施例1的基础上，监测平台还包括时间模块、存储模块、微处理器和预测模块，时间模块、存储模块和预测模块分别与微处理器相连接，时间模块用于标定数据监测的时间，存储模块将采集的数据按照时间顺序进行存储作为历史数据，如下表所示为固定式测斜仪每两个之间的布置间距为5m监测的数据，预测模块用于根据历史数据进行变形预测。
1月2日 1月3日 1月4日 1月5日 1月6日 1月7日
1号位置 ― ― ― ― ― ―
2号位置 ― ― ― ― ― ―
3号位置 1mm 0.05mm 1.5mm 0 1mm 1mm
4号位置 ― ― ― ― ― ―
5号位置 ― ― ― ― ― ―
6号位置 ― ― ― ― ― ―
预测模块用于根据历史数据进行变形预测的具体方式为：将修正后的水平位移作为该时刻的最终变形值，根据上表计算变形速度,分别为：1mm/d，0.05mm/d，1.5mm/d，0mm/d，1mm/d，1mm/d；选取变形速度中的最大值1.5mm/d作为参考值，通过计算预估变形临界点到来的时间。
在监测平台中预设每个位置的最大变形阈值，以3号位置为例说明，若3号位置的最大变形阈值为300mm，则从1月4号开始以1.5mm/d作为变形速度参考值，预估变形临界点可能发生的时间为300/1.5＝200，则变形临界点可能发生的时间为1月4日起后的第200天。若在后续监测过程中，变形速度值超过1.5mm/d时，则重新计算变形临界点可能发生的时间。通过自动预估变形临界点可能发生的时间，可以提前采取维护措施，防止事故发生。
实施例3
一种深孔变形自动化监测方法，包括以下步骤：
S1.在深孔孔顶的地表面处，安装位移变形传感器，测量深孔孔顶地表在滑移方向的地表变形值S0，并将S0作为精确值；
S2.从深孔底部至深孔孔顶等间距竖直安放n个固定式测斜仪，固定式测斜仪从底部开始编号，分别是K1，K2……Kn；固定式测斜仪之间的间距分别是L1，L2……Ln；角度变化分别是θ1，θ2……θn。则深孔内第Km个固定式测斜仪所在位置处的水平位移为
Figure BDA0002021724750000081
深孔孔顶处测斜仪所在位置处的水平位移为
Figure BDA0002021724750000082
S3.将S0替代Sn反算孔内各点的变形量，利用长度的比例进行修正，得到修正后的水平位移，
Figure BDA0002021724750000083
其中S’0为第n个固定式测斜仪与深孔孔顶之间的偏移量总和，L为各固定式测斜仪之间的安装间距，θk为第k个固定式测斜仪的现场实测数据，则S修正为深孔内各固定式测斜仪设置点修正后的水平位移。
将地表变形值S0替代地表水平位移反向推算深孔内各固定式测斜仪设置点的变形量，计算公式为：
Figure BDA0002021724750000084
其中S’0为第n个固定式测斜仪与深孔孔顶之间的偏移量总和，L为各固定式测斜仪之间的安装间距，θk为第k个固定式测斜仪的现场实测数据，则S修正为深孔内各固定式测斜仪设置点修正后的水平位移。
S4.将修正后的水平位移作为该时刻的最终变形值，并计算变形速度，并存储；
S5.选取变形速度中的最大值作为参考值，通过计算预估变形临界点到来的时间。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (6)

1.一种深孔变形自动化监测装置，其特征在于：包括地表位移变形传感器、数个固定式测斜仪和监测平台，所述地表位移变形传感器安装在深孔孔顶的地表面处，作为变形控制点，用于测量深孔孔顶地表在滑移方向的地表变形值；所述固定式测斜仪从深孔底部至深孔孔顶等间距竖直安放，用于测量深孔孔内各固定式测斜仪设置点的角度变形值；所述监测平台设置在深孔孔顶旁侧；
所述地表位移变形传感器和固定式测斜仪分别与监测平台相连接；
所述监测平台包括计算模块和通讯模块，所述通讯模块用于接收地表变形值和深孔孔内各固定式测斜仪设置点的变形值，所述计算模块用于对深孔孔内各固定式测斜仪设置点的变形值按长度的比例加以修正；
所述计算模块对监测的孔内变形值按长度的比例加以修正，具体为：将地表变形值S0替代地表水平位移反向推算深孔内各固定式测斜仪设置点的变形量，计算公式为：
Figure FDA0002355320190000011
其中S’0为深孔孔顶与深孔孔底之间的采用固定式测斜仪计算的偏移量总和，L为各固定式测斜仪之间的安装间距，θk为第k个固定式测斜仪的现场实测角度变形数据，则S修正为深孔内各固定式测斜仪设置点修正后的水平位移。
2.根据权力要求1所述的一种深孔变形自动化监测装置，其特征在于：所述固定式测斜仪每两个之间的布置间距为3-10m。
3.根据权力要求2所述的一种深孔变形自动化监测装置，其特征在于：所述固定式测斜仪每两个之间的布置间距为5m。
4.根据权力要求1所述的一种深孔变形自动化监测装置，其特征在于，所述监测平台还包括时间模块、存储模块、微处理器和预测模块，所述时间模块、存储模块和预测模块分别与微处理器相连接，所述存储模块将一天中采集的数据按照时间顺序进行存储作为历史数据，所述预测模块用于根据历史数据进行变形预测。
5.根据权力要求1所述的一种深孔变形自动化监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.在深孔孔顶的地表面处，安装地表位移变形传感器，测量深孔孔顶地表在滑移方向的地表变形值S0，并将S0作为精确值；
S2.从深孔底部至深孔孔顶等间距竖直安放n个固定式测斜仪，则深孔内第Km个固定式测斜仪所在位置处的水平位移为
Figure FDA0002355320190000021
Figure FDA0002355320190000022
深孔孔顶处测斜仪所在位置处的水平位移为
Figure FDA0002355320190000023
Figure FDA0002355320190000024
S3.将S0替代Sn反算孔内各点的变形量，利用长度的比例进行修正，得到修正后的水平位移。
6.根据权力要求5所述的一种深孔变形自动化监测方法，其特征在于：还包括以下步骤：
S4.将修正后的水平位移作为该时刻的最终变形值，并计算变形速度，并存储；
S5.选取变形速度中的最大值作为参考值，通过计算预估变形临界点到来的时间。
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