CN110042822A - 测量岩土体多方向水平位移的测斜装置及测斜方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量岩土体多方向水平位移的测斜装置及测斜方法，包括测斜仪探头、测斜管、刚性杆，两根测斜管的端部能通过连接套连接呈一体，测斜管的内等距间隔设置两个环槽，测斜仪探头包括的中空的金属探杆、安装在金属探杆上的定向陀螺仪、连接金属探杆的数据线缆，刚性杆包括中空的金属推杆，金属推杆的首端圆周均布有至少三个弹簧销钉，金属推杆的尾端圆周均布有至少三个方孔A，方孔A用于另一个金属推杆首端的弹簧销钉相连接，所述金属探杆尾端圆周均布至少三个方孔B，金属推杆经首端的弹簧销钉与方孔B相连接本装置结构简单，设计合理，可测量岩土体在任意待测方向上的水平位移，可满足各类岩土工程中关于岩土体水平位移测量的新需求。

Description

测量岩土体多方向水平位移的测斜装置及测斜方法

技术领域

本发明涉及一种测量岩土体多方向水平位移的测斜装置及测斜方法，属于土木工程技术领域。

背景技术

岩土体深部变形规律是判断岩土与地下工程安全的重要指标，因此测量深部岩土体的水平位移（以下简称测斜）已成为边坡、基坑、隧道等岩土工程监测中的必备项目。目前常规的测斜装置及其测斜方法包括以下两大方面：测斜管埋设和测斜仪量测。

测斜管通常采用内壁带有4道凹槽（以下分别称A槽、B槽、C槽、D槽）的PVC管，埋设时可将其逐段接长，插入预先打设好的钻孔中，或随钢筋笼一起浇筑在结构内。测斜仪通常由探头、数据导线和采集仪组成，使用时将两侧带有导轮的探头，沿内壁凹槽逐段伸入测斜管中，后再沿内壁凹槽逐段拖出；在逐段伸入或拖出的过程中，采集仪逐段记录探头与铅锤方向的夹角，后通过公式计算求得各深度处岩土体的水平位移。

测斜管埋设时，应将管壁内槽道方向（如AC方向）对准待测方向（如岩土体可能的最大水平位移方向）。但实际埋设或使用过程中，测斜管不可避免地受到人为操作或岩土体自身大变形的影响，其管身很可能出现扭转。即测斜管上部的槽道方向能够对准待测方向，但其中下部的槽道方向已发生较大偏转，更有甚者，会出现探头从AC槽道方向伸入却从BD槽道方向拖出的极端情况。实际埋设或使用过程中的另一种情形是，无法预估岩土体可能出现的最大水平位移方向（如复杂型形条件下的边坡工程），此时使用4道凹槽（2对方向）的传统测斜管已无法满足岩土工程监测的要求。

发明内容

本发明提出一种测量岩土体多方向水平位移的测斜装置及测斜方法。

本发明解决技术问题所采用的方案是，一种测量岩土体多方向水平位移的测斜装置，包括测斜仪探头、测斜管，两根测斜管的端部能通过连接套连接呈一体，测斜管的内等距间隔设置两个环槽；

所述测斜仪探头包括的中空的金属探杆、安装在金属探杆上的定向陀螺仪、连接金属探杆的数据线缆；

还包括若干能相互拼接的刚性杆，所述刚性杆包括中空的金属推杆，金属推杆的首端圆周均布有至少三个弹簧销钉，金属推杆的尾端圆周均布有至少三个方孔A，方孔A用于另一个金属推杆首端的弹簧销钉相连接，所述金属探杆尾端圆周均布至少三个方孔B，金属推杆经首端的弹簧销钉与方孔B相连接。

进一步的，所述金属推杆外周上下间隔设置两个定向凸部，定向凸部上开设有用于卡固数据线缆的卡槽。

进一步的，每组万向滚轮，包括圆周均布的至少三个万向滚轮。

进一步的，所述万向滚轮包括球形滚珠、中空球形壳，所述中空球形壳固接于金属探杆上，球形滚珠安置于球形壳内，球形壳一端开口，球形滚珠由开口露出，球形壳上沿金属探杆径向设置通孔，通孔内设置有止推弹簧，止推弹簧一端与金属探杆固接，另一端抵靠球形滚珠。

进一步的，弹簧销钉包括铰接在金属推杆上的摆杆，摆杆前端位于金属推杆前侧，摆杆后端经压簧连接金属推杆，摆杆前端设置有与方孔A或方孔B卡接的卡块。

一种测量岩土体多方向水平位移的测斜装置的测斜方法：

1）将测斜仪探头及多根刚性推杆，通过弹簧销钉和方孔首尾依次衔接，接长至所需长度，将数据线缆卡在刚性推杆的定向凸部上，将数据线缆连接采集仪；

2）将探头伸入测斜管内，使测斜仪探头上的2组万向滚轮恰好落入测斜管内壁的两个环槽内；

3）旋转刚性杆，带动探头在环形凹槽内旋转，并使两个环槽上的定向凸部对准待测方向，并通过采集仪读取待测方向上的探头倾角；

4）推动刚性杆，将探头推出环槽，继续沿测斜管前进，直到万向滚轮恰好落入测斜管内壁的下一道环槽内；

5）调整刚性杆和测斜仪探头使其对准待测方向，进而读取该方向上的探头倾角；

6）重复上述操作步骤，直至沿测斜管全长完成各深度处的倾角测量，并通过相应公式计算得到土体各深度处的水平位移。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：结构简单，设计合理，可测量岩土体在任意待测方向上的水平位移，可满足各类岩土工程中关于岩土体水平位移测量的新需求，克服了传统测斜方法中由于测斜管自身扭转带来的测量误差，或由于无法预估待测方向带来的测斜管埋设定向错误。

附图说明

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1为本装置的结构示意图；

图2为测斜管的结构示意图；

图3为测斜仪探头的结构示意图；

图4为万向滚轮的结构示意图；

图5为刚性杆的结构示意图。

图中：1-测斜管；11-环槽；12-连接套；2-测斜仪探头；21-金属导杆；22-定向陀螺仪；23-万向滚轮；231-球形壳；232-球形滚珠；233-止推弹簧；24-数据线缆；25-方孔B；3-刚性杆；31-金属推杆；32-弹簧销钉；33-方孔A；34-定向凸部；4-采集仪。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1-图5所示，一种测量岩土体多方向水平位移的测斜装置，包括测斜仪探头、测斜管，两根测斜管的端部能通过连接套连接呈一体，测斜管的内等距间隔设置两个环槽，若干测斜管之间可通过连接套，不断接长至所需长度；

所述测斜仪探头包括的中空的金属探杆、安装在金属探杆上的定向陀螺仪（即方向传感器）、连接金属探杆的数据线缆；

还包括若干能相互拼接的刚性杆，所述刚性杆包括中空的金属推杆，金属推杆的首端圆周均布有至少三个弹簧销钉，金属推杆的尾端圆周均布有至少三个方孔A，方孔A用于另一个金属推杆首端的弹簧销钉相连接，所述金属探杆尾端圆周均布至少三个方孔B，金属推杆经首端的弹簧销钉与方孔B相连接。

在本实施例中，所述金属推杆外周上下间隔设置两个定向凸部，定向凸部上开设有用于卡固数据线缆的卡槽，实际测斜过程中，定向凸部可用于确定待测方向，同时可兼做数据线缆的卡线装置。

在本实施例中，每组万向滚轮，包括圆周均布的至少三个万向滚轮。

在本实施例中，所述万向滚轮包括球形滚珠、中空球形壳，所述中空球形壳固接于金属探杆上，球形滚珠安置于球形壳内，球形壳一端开口，球形滚珠由开口漏出，球形壳上沿金属探杆径向设置通孔，通孔内设置有止推弹簧，止推弹簧一端与金属探杆固接，另一端抵靠球形滚珠，止推弹簧可提供足够的弹力，将球形滚珠顶推在测斜管内壁上。

在本实施例中，弹簧销钉包括铰接在金属推杆上的摆杆，摆杆前端位于金属推杆前侧，摆杆后端经压簧连接金属推杆，摆杆前端设置有与方孔A或方孔B卡接的卡块。

一种测量岩土体多方向水平位移的测斜装置的测斜方法：

1）将测斜仪探头及多根刚性推杆，通过弹簧销钉和方孔首尾依次衔接，接长至所需长度，将数据线缆卡在刚性推杆的定向凸部上，将数据线缆连接采集仪；

2）将探头伸入测斜管内，使测斜仪探头上的2组万向滚轮恰好落入测斜管内壁的两个环槽内；

3）旋转刚性杆，带动探头在环形凹槽内旋转，并使两个环槽上的定向凸部对准待测方向，并通过采集仪读取待测方向上的探头倾角；

4）推动刚性杆，将探头推出环槽，继续沿测斜管前进，直到万向滚轮恰好落入测斜管内壁的下一道环槽内；

5）调整刚性杆和测斜仪探头使其对准待测方向，进而读取该方向上的探头倾角；

6）重复上述操作步骤，直至沿测斜管全长完成各深度处的倾角测量，并通过相应公式计算得到土体各深度处的水平位移。

下面给出一组具体的结构规格作为参考：

工厂定制带环形凹槽PVC测斜管，其中测斜管单节长度1000mm，外径80mm，壁厚7mm；每节测斜管内侧刻有两个环槽，分别距左右端头250mm，即环槽间距为500mm；环槽截面为圆弧形，槽深3mm，槽宽20mm；连接套长度为200mm，内径为80mm，外径为90mm，壁厚5mm；可将测斜管接长至需要长度。

工厂定制测斜仪探头，其中中空金属导杆长度700mm，外径30mm，壁厚3mm；定向陀螺仪平行设置于导杆中部，其初始指示方向为竖直向下方向；探头尾部设3个边长为8mm方孔B，间隔120°环形布置，可与刚性推杆的弹簧销钉连接；数据传输线缆为直径10mm的圆形线缆，总长度30m。

前/后万向滚轮组的距离为500mm，其中前万向滚轮距探头前端60mm，后万向滚轮距探头后端140mm；每个万向滚轮均固接于金属导杆上，连接处设有止推弹簧，止推弹簧一端固接于金属导杆，另一端自由，使万向滚轮内球形滚珠既可自由滚动，又可伸缩以便于万向滚轮卡在测斜管环槽内；其中，球形滚珠直径为30mm，中空球形壳内径为32mm，壁厚2mm。

工厂定制刚性推杆，其中推杆每节长度为1000mm，外径为30mm，壁厚3mm；外壁设有定向凸部，可用于确定待测方向，同时可兼做数据缆线的卡线器；推杆后端设3个边长为8mm方孔A，间隔120°环形布置，推杆前端设3个弹簧销钉；将弹簧销钉扣入方孔以接长刚性推杆，使推杆既能提供推力（向前推）、拉力（向后拉），也能提供扭矩，带动探头旋转。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种测量岩土体多方向水平位移的测斜装置，包括测斜仪探头、测斜管，其特征在于：两根测斜管的端部能通过连接套连接呈一体，测斜管的内等距间隔设置两个环槽；

所述测斜仪探头包括的中空的金属探杆、安装在金属探杆上的定向陀螺仪、连接金属探杆的数据线缆；

还包括若干能相互拼接的刚性杆，所述刚性杆包括中空的金属推杆，金属推杆的首端圆周均布有至少三个弹簧销钉，金属推杆的尾端圆周均布有至少三个方孔A，方孔A用于另一个金属推杆首端的弹簧销钉相连接，所述金属探杆尾端圆周均布至少三个方孔B，金属推杆经首端的弹簧销钉与方孔B相连接。

2.根据权利要求1所述的测量岩土体多方向水平位移的测斜装置,其特征在于：所述金属推杆外周上下间隔设置两个定向凸部，定向凸部上开设有用于卡固数据线缆的卡槽。

3.根据权利要求1所述的测量岩土体多方向水平位移的测斜装置,其特征在于：每组万向滚轮，包括圆周均布的至少三个万向滚轮。

4.根据权利要求3所述的测量岩土体多方向水平位移的测斜装置,其特征在于：所述万向滚轮包括球形滚珠、中空球形壳，所述中空球形壳固接于金属探杆上，球形滚珠安置于球形壳内，球形壳一端开口，球形滚珠由开口露出，球形壳上沿金属探杆径向设置通孔，通孔内设置有止推弹簧，止推弹簧一端与金属探杆固接，另一端抵靠球形滚珠。

5.根据权利要求1所述的测量岩土体多方向水平位移的测斜装置,其特征在于：弹簧销钉包括铰接在金属推杆上的摆杆，摆杆前端位于金属推杆前侧，摆杆后端经压簧连接金属推杆，摆杆前端设置有与方孔A或方孔B卡接的卡块。

6.一种测量岩土体多方向水平位移的测斜装置的测斜方法，采用如权利要求2所述的测量岩土体多方向水平位移的测斜装置,其特征在于：

1）将测斜仪探头及多根刚性推杆，通过弹簧销钉和方孔首尾依次衔接，接长至所需长度，将数据线缆卡在刚性推杆的定向凸部上，将数据线缆连接采集仪；

2）将探头伸入测斜管内，使测斜仪探头上的2组万向滚轮恰好落入测斜管内壁的两个环槽内；

3）旋转刚性杆，带动探头在环形凹槽内旋转，并使两个环槽上的定向凸部对准待测方向，并通过采集仪读取待测方向上的探头倾角；

4）推动刚性杆，将探头推出环槽，继续沿测斜管前进，直到万向滚轮恰好落入测斜管内壁的下一道环槽内；

5）调整刚性杆和测斜仪探头使其对准待测方向，进而读取该方向上的探头倾角；

6）重复上述操作步骤，直至沿测斜管全长完成各深度处的倾角测量，并通过相应公式计算得到土体各深度处的水平位移。