CN111398558A - 一种土体分层位移的测量装置及方法 - Google Patents

一种土体分层位移的测量装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于测量不同深度土体分层位移的装置及方法，适用于岩土工程技术领域。将管体和底盘组成套管，套管顶部固定在地面上，套管底部置于最下方被测点上，套管中间安装多个可随土层移动的套筒式单体，可沿套管外部的导轨上下移动，通过设置在套筒式单体顶部和外侧的多个微型位移传感器和拉绳位移传感器，在地下直接测出土层的分层相对位移，再传导回地面，可减少以往测量土体位移须将位移量传递到地面再测量带来的误差，在同一区域布置多个底盘，不仅可以用于单一测点的位移测量，还能测量同一区域内不同深度的多点位移。

Description

一种土体分层位移的测量装置及方法
技术领域
本发明涉及一种测量装置及方法，尤其适用于岩土工程技术领域使用的一种土体分层位移的测量装置及方法。
背景技术
当前地铁、深基坑、矿井建设等工程中，广泛采用人工冻结法，即将待开挖地下空间周围的土体中的水冻结成冰并与土体胶结在一起，从而形成一个按照设计轮廓的冻土墙或密闭的冻土体，用以抵抗土压力，隔绝地下水。
实际工程中，土体多呈分层分布，不同层位的土体物理力学性质相差很大，冻结法施工过程中产生的冻胀变形也有差别。传统装置局限于单点测量，不能同时获得同一区域不同深度土层的冻胀变形，对人工冻结提供的技术支持效率低、准确度差。
发明内容
针对上述技术不足之处，是提供一种实现了多点位移的实时获取，各层测量装置安装简便、互不干扰，测量效率高、测量精度高的土体分层位移的测量装置及方法。
为实现上述技术目的本发明的一种土体分层位移测量装置，包括套管、多级套筒式单体和法兰盘，述套管包括管体和设置在管体低端的底盘，所述套筒式单体包括筒体和设置在筒体下方的底盘，所述多级套筒式单体相互通过直线式滑轨嵌套设置形成多节段抽拉结构，节段间设有卡簧固定，设置在上方的套筒式单体套在设置在下方的套筒式单体上，套筒式单体的级数根据所需要的测点数量设置，测点数量为套筒式单体级数+1；管体设置在多级套筒式单体中，管体顶端与中心开口匹配通孔的法兰盘螺纹连接，管体顶端通过钢绳连接有拉绳位移传感器，用以监测法兰盘产生的位移。
当检测测点数量为三个时，多级套筒式单体包括下层套筒式单体和上层套筒式单体，其中下层套上层套筒式单体设置在筒式单体外侧。
所述直线式滑轨包括相互匹配的由多段滑轨构成一体的滑轨以及滑块，其中多段滑轨设置在管体和套筒式单体外侧，滑块设置在除最外侧套筒式单体的多级套筒式单体的内侧，滑轨和滑块匹配设置，直线式滑轨上间隔设有多个微型滑块位移传感器。
所述微型滑块位移传感器分别设置在多段滑轨之间的连接处，微型滑块位移传感器完全填补多个滑轨间的断处，初始状态下滑块推动微型滑块位移传感器至其机械行程的一半，微型滑块位移传感器型号为KSF电阻式直线位移传感器。
所述的所有底盘中心开孔，孔径与匹配的管体或套筒式单体外径匹配，孔内设有内螺纹，管体的顶底两端、所有套筒式单体的底端外侧均设有外螺纹，并通过内螺纹与外螺纹连接，管体顶部通过外螺纹和法兰盘设置的内螺纹连接紧固。
在多级套筒式单体内设有多个起密封作用的密封橡胶圈。
一种土体分层位移测量方法，其步骤如下：
a.根据测试土体的设计要求和工程监测所需确定测点个数及其布置位置；
b.在测试土体中布置钻孔并夯平孔洞底部，将土体分层位移测量装置布置于测试土体的孔洞中，将与钻孔等深的套管设置在钻孔内，并保证套管底部设置的底盘布置在下测点处，利用尺或测距仪测量并记录该底盘与地面上法兰盘的距离，并确保微型滑块位移传感器和拉绳位移传感器感器处于机械量程的中间值后全部启动，局部回填原土至此低一级测点处，至此完成下测点的布置；
c.在套管外侧设置一级套筒式单体，并匹配套筒式单体内侧的滑轨与套管外侧上设置的滑块，通过滑轨调节套筒式单体位置使套筒式单体上的底盘布置在此段测点处位置，测量并记录该底盘与地面上法兰盘的距离，确保此处微型滑块位移传感器处于自身量程的中间值后启动，局部回填原土至再上一级测点处，至此完成次一级测点的布置；
d.重复步骤c，根据需要在上一级套筒式单体外侧继续布置套筒式单体，直至确保当前套筒式单体的底盘为最后一个测点处；
e.在套管顶端安装法兰盘并设置拉绳位移传感器，将所有微型滑块位移传感器和拉绳位移传感器的缆线与数据终端连接，收集保存拉绳位移传感器和全部微型滑块位移传感器的位移数据，实时监测、各测点位移。下测点的实际位移为拉绳位移传感器所得位移，其中次一级测点的实际位移为下测点实际位移与次一级测点处微型滑块位移传感器所得位移之和。
有益效果：
本发明可获取同一区域不同深度土层位移，1）将滑轨与微型滑块位移传感器结合，在土体所在深度直接测量底盘处土体位移，可减少以往测量土体位移须将位移量传递到地面再测量带来的误差；2）本发明将多个套筒式单体层层嵌套，可在同一区域布置多个底盘，最下侧底盘直接测量所在深度土体实际位移，其他底盘测量所在深度土体与最下层测量土体相对位移，不仅可以用于单一测点的位移测量，还能测量同一区域内不同深度的多点位移；3）本发明的抽拉式结构部件可实现筒体长度伸缩。抽出时，节段由卡簧固定，结构稳定性好；缩入时，结构体积小，方便储存和运输。
附图说明
图1为本发明土体分层位移的测量装置的结构示意示意图。
图2为本发明的土体分层位移的测量装置俯视结构剖面示意图。
图3为本发明的套管结构示意图。
图3（a）为本发明套管结构示意图。
图3（b）为本发明套管单体及导轨结构示意图。
图3（c）为本发明的直线式导轨结构示意图。
图4为本发明的抽拉式筒体结构示意图。
图中：1-管体，2-套管，3-筒体，4-卡簧，5-套筒式单体，5-1-下层套筒式单体，5-2-上层套筒式单体，6-滑轨，7-微型滑块位移传感器，8-滑块，9-底盘，10-内螺纹，11-外螺纹，12-法兰盘，13-密封橡胶圈，14-拉绳位移传感器，15-直线式滑轨，16-测试土体。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况。
如图1和图2所示，本发明的一种土体分层位移测量装置，其特征在于：它包括套管2、多级套筒式单体5和法兰盘12，述套管2包括管体1和设置在管体1低端的底盘9，所述套筒式单体5包括筒体3和设置在筒体3下方的底盘9，所述多级套筒式单体5相互通过直线式滑轨15嵌套设置形成多节段抽拉结构，节段间设有卡簧4固定，设置在上方的套筒式单体5套在设置在下方的套筒式单体5上，套筒式单体5的级数根据所需要的测点数量设置，测点数量为套筒式单体5级数+1；管体1设置在多级套筒式单体5中，管体1顶端与中心开口匹配通孔的法兰盘12螺纹连接，管体1顶端通过钢绳连接有拉绳位移传感器14，用以监测法兰盘12产生的位移。所述直线式滑轨15包括相互匹配的由多段滑轨6构成一体的滑轨以及滑块8，其中多段滑轨6设置在管体1和套筒式单体5外侧，在多级套筒式单体5内设有多个起密封作用的密封橡胶圈13，滑块8设置在除最外侧套筒式单体5的多级套筒式单体5的内侧，滑轨和滑块8匹配设置，直线式滑轨15上间隔设有多个微型滑块位移传感器7，微型滑块位移传感器7分别设置在多段滑轨6之间的连接处，微型滑块位移传感器7完全填补多个滑轨6间的断处，初始状态下滑块8推动微型滑块位移传感器7至其机械行程的一半，微型滑块位移传感器7型号为KSF电阻式直线位移传感器。
当检测测点数量为三个时，多级套筒式单体5包括下层套筒式单体5-1和上层套筒式单体5-2，其中下层套上层套筒式单体5-2设置在筒式单体5-1外侧。
所有底盘9中心开孔，孔径与匹配的管体1或套筒式单体5外径匹配，孔内设有内螺纹10，管体1的顶底两端、所有套筒式单体5的底端外侧均设有外螺纹11，并通过内螺纹10与外螺纹11连接，管体1顶部通过外螺纹10和法兰盘12设置的内螺纹11连接紧固。
一种土体分层位移测量装置的测量方法，其步骤如下：
a.根据测试土体16的设计要求和工程监测所需确定测点个数及其布置位置；
b.在测试土体16中布置钻孔并夯平孔洞底部，将土体分层位移测量装置布置于测试土体16的孔洞中，将与钻孔等深的套管2设置在钻孔内，并保证套管2底部设置的底盘9布置在下测点处，利用尺或测距仪测量并记录该底盘9与地面上法兰盘12的距离，并确保微型滑块位移传感器7和拉绳位移传感器14感器处于机械量程的中间值后全部启动，局部回填原土至此低一级测点处，至此完成下测点的布置；
c.在套管2外侧设置一级套筒式单体5，并匹配套筒式单体5内侧的滑轨6与套管2外侧上设置的滑块8，通过滑轨6调节套筒式单体5位置使套筒式单体5上的底盘9布置在此段测点处位置，测量并记录该底盘9与地面上法兰盘12的距离，确保此处微型滑块位移传感器7处于自身量程的中间值后启动，局部回填原土至再上一级测点处，至此完成次一级测点的布置；
d.重复步骤c，根据需要在上一级套筒式单体5外侧继续布置套筒式单体5，直至确保当前套筒式单体5的底盘9为最后一个测点处；
e.在套管2顶端安装法兰盘12并设置拉绳位移传感器14，将所有微型滑块位移传感器7和拉绳位移传感器14的缆线与数据终端连接，收集保存拉绳位移传感器14和全部微型滑块位移传感器7的位移数据，实时监测、各测点位移。下测点的实际位移为拉绳位移传感器14所得位移，其中次一级测点的实际位移为下测点实际位移与次一级测点处微型滑块位移传感器7所得位移之和。
实施例一、
如图3（a）、图3（b）、图3（c）及图4所示，本装置为全套土体分层位移的测量装置，每套装置主要由一套管2、多个套筒式单体5-1、5-2、多段直线式导轨15组成。
将管体1下部外螺纹11与底盘9中空处内螺纹10、法兰盘12中空处内螺纹10旋紧螺合连接，即为套管2。套管2的底部固定在最下侧被测土体16中，与该土层不发生相对位移。
将筒体3抽出节段至所需长度，卡簧4弹出固定各节段使筒体坚固稳定，将筒体3下部外螺纹11与底盘9中空处内螺纹10旋紧螺合连接，即套筒式单体。
将滑轨6和微型滑块位移传感器7交错连续固定在管体1外壁和筒体3外壁的同一侧，滑轨6与微型滑块位移传感器7的中心线重合，将滑块8固定在筒体3内壁上，使滑块8和滑轨6、微型滑块位移传感器7嵌套成直线式导轨15。
将滑块8固定，使其外沿卡住微型滑块位移传感器7的测点，将拉线位移传感器14的端头固定在管体1顶部，各位移传感器的数据经缆线导出至终端。
将下层套筒式单体5-1套于套管2外侧，上层套筒式单体5-2套于下层套筒式单体5-1外侧，使直线式导轨15和拉绳位移传感器14按要求布置在套管2与下层套筒式单体5-1及上层套筒式单体5-2之间，并对管体1和筒体3底部按要求密封。
至此，装置的加工组装完成。
工作方法，以测量上、中、下三个测点的情况为例，结合图1、图2、图3和图4说明本测量方法。
首先，根据测试土体16的性质、设计要求和工程监测所需确定测点个数及其布置位置。
然后，夯平孔洞底部后，将整套装置布置于测试土体16中，最下侧底盘9布置在下测点上，测量并记录该底盘9与地面上法兰盘12的距离，确保各传感器处于量程的中间值后启动位移传感器7、14，局部回填原土至中测点处，至此，下测点处的装置布置完成。
然后，将下层套筒式单体5-1套于套管2外侧，滑块8与直线式导轨嵌套，下层套筒式单体顺直线式导轨下滑，使底盘9布置在中测点处，测量并记录该底盘9与地面上法兰盘12的距离，确保此处微型滑块位移传感器7处于量程的中间值后启动此处微型滑块位移传感器7，局部回填原土至上测点处，至此，中测点处的装置布置完成。
然后，将上层套筒式单体5-2套于下层套筒式单体5-1外侧，滑块8与直线式导轨嵌套，上层套筒式单体顺直线式导轨下滑，使底盘9布置在上测点处，测量并记录该底盘9与地面上法兰盘12的距离，确保此处微型滑块位移传感器7处于量程的中间值后启动此处微型滑块位移传感器7，局部回填原土至地面，至此，上测点处的装置布置完成。
最后，将位移传感器的缆线与数据终端连接，收集保存位移数据，实时监测、各测点位移。下测点的实际位移为拉绳位移传感器14所得位移，中测点的实际位移为下测点实际位移与中测点处微型滑块位移传感器7所得位移相加，上测点的实际位移为中测点实际位移与上测点处微型滑块位移传感器7所得位移相加。
使用该装置测量土体分层位移可为工程监测、指导施工和安全保障提供丰富有效的数据支撑。

Claims (7)

1.一种土体分层位移测量装置，其特征在于：它包括套管（2）、多级套筒式单体（5）和法兰盘（12），述套管（2）包括管体（1）和设置在管体（1）低端的底盘（9），所述套筒式单体（5）包括筒体（3）和设置在筒体（3）下方的底盘（9），所述多级套筒式单体（5）相互通过直线式滑轨（15）嵌套设置形成多节段抽拉结构，节段间设有卡簧（4）固定，设置在上方的套筒式单体（5）套在设置在下方的套筒式单体（5）上，套筒式单体（5）的级数根据所需要的测点数量设置，测点数量为套筒式单体（5）级数+1；管体（1）设置在多级套筒式单体（5）中，管体（1）顶端与中心开口匹配通孔的法兰盘（12）螺纹连接，管体（1）顶端通过钢绳连接有拉绳位移传感器（14），用以监测法兰盘（12）产生的位移。
2.根据权利要求1所述的土体分层位移测量装置，其特征在于：当检测测点数量为三个时，多级套筒式单体（5）包括下层套筒式单体（5-1）和上层套筒式单体（5-2），其中下层套上层套筒式单体（5-2）设置在筒式单体（5-1）外侧。
3.根据权利要求1所述的土体分层位移测量装置，其特征在于：所述直线式滑轨（15）包括相互匹配的由多段滑轨（6）构成一体的滑轨以及滑块（8），其中多段滑轨（6）设置在管体（1）和套筒式单体（5）外侧，滑块（8）设置在除最外侧套筒式单体（5）的多级套筒式单体（5）的内侧，滑轨和滑块（8）匹配设置，直线式滑轨（15）上间隔设有多个微型滑块位移传感器（7）。
4.根据权利要求1所述的土体分层位移测量装置，其特征在于：所述微型滑块位移传感器（7）分别设置在多段滑轨（6）之间的连接处，微型滑块位移传感器（7）完全填补多个滑轨（6）间的断处，初始状态下滑块（8）推动微型滑块位移传感器（7）至其机械行程的一半，微型滑块位移传感器（7）型号为KSF电阻式直线位移传感器。
5.根据权利要求1所述的土体分层位移测量装置，其特征在于：所述的所有底盘（9）中心开孔，孔径与匹配的管体（1）或套筒式单体（5）外径匹配，孔内设有内螺纹（10），管体（1）的顶底两端、所有套筒式单体（5）的底端外侧均设有外螺纹（11），并通过内螺纹（10）与外螺纹（11）连接，管体（1）顶部通过外螺纹（10）和法兰盘（12）设置的内螺纹（11）连接紧固。
6.根据权利要求1所述的土体分层位移测量装置，其特征在于：在多级套筒式单体（5）内设有多个起密封作用的密封橡胶圈（13）。
7.一种使用权利要求1所述土体分层位移测量装置的测量方法，其特征在于步骤如下：
a.根据测试土体（16）的设计要求和工程监测所需确定测点个数及其布置位置；
b.在测试土体（16）中布置钻孔并夯平孔洞底部，将土体分层位移测量装置布置于测试土体（16）的孔洞中，将与钻孔等深的套管（2）设置在钻孔内，并保证套管（2）底部设置的底盘（9）布置在下测点处，利用尺或测距仪测量并记录该底盘（9）与地面上法兰盘（12）的距离，并确保微型滑块位移传感器（7）和拉绳位移传感器（14）感器处于机械量程的中间值后全部启动，局部回填原土至此低一级测点处，至此完成下测点的布置；
c.在套管（2）外侧设置一级套筒式单体（5），并匹配套筒式单体（5）内侧的滑轨（6）与套管（2）外侧上设置的滑块（8），通过滑轨（6）调节套筒式单体（5）位置使套筒式单体（5）上的底盘（9）布置在此段测点处位置，测量并记录该底盘（9）与地面上法兰盘（12）的距离，确保此处微型滑块位移传感器（7）处于自身量程的中间值后启动，局部回填原土至再上一级测点处，至此完成次一级测点的布置；
d.重复步骤c，根据需要在上一级套筒式单体（5）外侧继续布置套筒式单体（5），直至确保当前套筒式单体（5）的底盘（9）为最后一个测点处；
e.在套管（2）顶端安装法兰盘（12）并设置拉绳位移传感器（14），将所有微型滑块位移传感器（7）和拉绳位移传感器（14）的缆线与数据终端连接，收集保存拉绳位移传感器（14）和全部微型滑块位移传感器（7）的位移数据，实时监测、各测点位移；
下测点的实际位移为拉绳位移传感器（14）所得位移，其中次一级测点的实际位移为下测点实际位移与次一级测点处微型滑块位移传感器（7）所得位移之和。
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