CN111473769B - 一种岩土沉降测量探头、探头组件、装置和测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩土沉降测量探头、探头组件、装置和测量方法，所述岩土沉降测量探头包括水平放置并水平移动的探杆、检测所述探杆水平倾斜程度的倾斜检测零件和驱动所述探杆水平移动的驱动部件。本发明的岩土沉降测量探头、探头组件、装置和测量方法，能快速高效地沿水平方向测量岩土的沉降。

Description

一种岩土沉降测量探头、探头组件、装置和测量方法

技术领域

本发明涉及岩土体测量技术领域，具体涉及一种岩土沉降测量探头、探头组件、装置和测量方法。

背景技术

目前，随着中国经济的发展，道路建设包括轨道交通加速发展，因为道路路基填筑土质不良或施工控制不力等因素造成路基不均匀沉降，从而导致路面大范围开裂等情况非常多。由此，对路基的沉降进行监测是亟需解决的问题。

发明内容

为解决现有存在的技术问题，本发明实施例期望提供一种岩土沉降测量探头、探头组件、装置和测量方法，能快速、高效测量岩土沉降。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种岩土沉降测量探头，所述岩土沉降测量探头包括水平放置并水平移动的探杆、检测所述探杆水平倾斜程度的倾斜检测零件和驱动所述探杆水平移动的驱动部件。

上述方案中，所述驱动部件包括水平放置的转轴和驱动所述转轴转动的动力部，所述转轴相对所述动力部转动，所述动力部和所述转轴在轴向关联移动；所述转轴上套设有螺柱，所述螺柱和所述转轴在圆周向关联转动；所述螺柱的外圆面设置有传动外螺纹；所述探杆固定于所述动力部，倾斜检测零件固定于所述探杆。

上述方案中，所述驱动部件为电机，所述电机包括电机本体和输出轴，所述电机本体为所述动力部，所述输出轴为所述转轴；所述电机本体的一端连接有所述输出轴，另一端固定有所述探杆。

第二方面，本发明实施例提供了一种岩土沉降测量探头组件，所述探头组件包括固定于岩土中的水平放置的导管和在所述导管中水平移动的测量探头，所述测量探头为上面所述的任意一种岩土沉降测量探头；所述导管的内壁设有与所述传动外螺纹匹配的传动内螺纹。

上述方案中，所述测量探头上固定有抵靠所述导管的内壁的导轮，所述导管的内壁上设有与所述导轮配合的轴向延伸的导槽。

上述方案中，所述导管包括至少两个首尾相接的导管单体连接而成，所述导管还包括连接相邻两个所述导管单体的连接套，所述连接套套设于相邻的两个所述导管单体；所述连接套内壁设有轴向延伸的定位条，所述导管单体外壁设有与所述定位条配合的定位槽。

第三方面，本发明实施例提供了一种岩土沉降测量装置，所述装置包括上面所述的任意一种岩土沉降测量探头组件、对所述探头组件的数据进行处理的数据处理部件和控制所述探头组件运动的控制部件；所述数据处理部件和所述控制部件均与所述探头组件电连接。

第四方面，本发明实施例提供了一种岩土沉降测量方法，所述方法包括如下步骤：

测点埋设：将导管水平埋设于预设深度的岩土中；

基准沉降测量：测量所述导管管口沉降，得到基准沉降；

岩土沉降测量：在所述导管的水平长度上预设多个测量点，分别测量探杆的水平倾角；

计算：根据所述探杆的水平倾角及基准沉降，得到所述岩土在预设深度的沉降。

上述方案中，在所述岩土沉降测量步骤中，所述方法还包括：

在一次测量结束后，将测量探头退出所述导管，转动预设角度后进行第二次测量，测量点同第一次测量；将两次测量得到的所述探杆的水平倾角取平均，作为计算步骤的计算依据。

上述方案中，在所述测点埋设步骤中，所述方法还包括：

将多个导管分别埋设于不同预设深度的岩土中，并分别测量，得到所述岩土在多个不同预设深度的沉降。

本发明实施例提供的岩土沉降测量探头、探头组件、装置和测量方法，所述岩土沉降测量探头包括水平放置并水平移动的探杆、检测所述探杆水平倾斜程度的倾斜检测零件和驱动所述探杆水平移动的驱动部件；可见，本发明实施例的岩土沉降测量探头、探头组件、装置和测量方法，通过驱动部件驱动探杆在岩土内水平移动，并测量探杆的水平倾斜程度，能快速高效地沿水平方向测量岩土的沉降。

本发明实施例的其它有益效果将在具体实施方式中结合具体技术方案进一步说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要的说明。应当理解，下面描述的附图仅仅是本发明实施例的一部分附图，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例岩土沉降测量装置的示意图；

图2为本发明实施例岩土沉降测量装置中测量探头的示意图；

图3为本发明实施例岩土沉降测量装置中导管单体的示意图；

图4为本发明实施例岩土沉降测量装置中连接套的示意图；

图5为本发明实施例岩土沉降测量方法的流程示意图。

具体实施方式

岩土工程实践中，大多需要沿深度方向测量岩土体的水平位移(以下简称测斜)。但是，近年来也出现了沿水平方向测量岩土体竖向沉降(以下简称测挠)的需求，如高填路堤填筑过程中，需要沿路堤横断面测量其底部土体的竖向沉降；如隧道洞口段施作超前管棚支护后，需要沿管棚纵向测量其自身的竖向沉降。

但是沿深度方向测斜，其探头在自重作用下就可方便地下放或上拉；而沿水平方向测挠，关键是须给探头提供较大的推力或拉力，才能使之在管内前进或后退，进而通过测量探头与水平方向的夹角，计算出各测点处的竖向沉降。因此，水平测挠的动力问题是一个需要解决的技术问题。

针对上述问题，本发明实施例提供了一种岩土沉降测量探头，所述岩土沉降测量探头包括水平放置并水平移动的探杆、检测所述探杆水平倾斜程度的倾斜检测零件和驱动所述探杆水平移动的驱动部件。

本发明实施例的岩土沉降测量探头，通过驱动部件驱动探杆在岩土内水平移动，并测量探杆的水平倾斜程度，能快速高效地沿水平方向测量岩土的沉降。

在本发明的另一些实施例中，所述驱动部件包括水平放置的转轴和驱动所述转轴转动的动力部，所述转轴相对所述动力部转动，所述动力部和所述转轴在轴向关联移动；所述转轴上套设有螺柱，所述螺柱和所述转轴在圆周向关联转动；所述螺柱的外圆面设置有传动外螺纹；所述探杆固定于所述动力部，倾斜检测零件固定于所述探杆。这样，可以通过转动达到直线移动的目的，结构简单，成本低，且直线移动的轨迹准确度高，且移动的距离也不受限制，是更佳的实施方式。

所述动力部和所述转轴在轴向关联移动的意思是，转轴轴向移动，动力部也必然随着轴向移动。所述螺柱和所述转轴在圆周向关联转动的意思是，转轴在动力部的驱动下圆周向转动，螺柱必然随着圆周向转动。

在本发明的另一些实施例中，所述驱动部件为电机，所述电机包括电机本体和输出轴，所述电机本体为所述动力部，所述输出轴为所述转轴；所述电机本体的一端连接有所述输出轴，另一端固定有所述探杆。电机是广泛使用的驱动部件，结构简单、能耗低、工作可靠，是更佳的实施方式。

本发明实施例还提供了一种岩土沉降测量探头组件，所述探头组件包括固定于岩土中的水平放置的导管和在所述导管中水平移动的测量探头，所述测量探头为上面所述的任意一种岩土沉降测量探头；所述导管的内壁设有与所述传动外螺纹匹配的传动内螺纹。

这样，由于导管内壁有传动内螺纹，且导管固定于岩土中，螺柱的圆周向转动必然导致螺柱相对导管螺旋转动并轴向移动，进而带动动力部轴向移动。

在本发明的另一些实施例中，所述测量探头上固定有抵靠所述导管的内壁的导轮，所述导管的内壁上设有与所述导轮配合的轴向延伸的导槽。这样，驱动部件自身不会因为负载的反作用力而发生周向转动，影响驱动力的稳定，是更佳的实施方式。

具体地，所述测量探头上固定有两个大小一致的导轮，一个在驱动部件上，另一个在探杆上这样，可以进一步限制测量探头的转动，而且也能避免探杆和驱动部件之间发生相对转动，是更佳的实施方式。

在本发明的另一些实施例中，所述导管包括至少两个首尾相接的导管单体连接而成，所述导管还包括连接相邻两个所述导管单体的连接套，所述连接套套设于相邻的两个所述导管单体；所述连接套内壁设有轴向延伸的定位条，所述导管单体外壁设有与所述定位条配合的定位槽。这样，通过多个导管单体连接成导管，既能组成更长的导管，测量更长距离内的沉降，也便于导管单体的加工和运输，是更佳的实施方式。所述定位条和定位槽，可以保证导管单体的周向位置，即保证连接后导管内壁的螺纹可以顺利连接，是更佳的实施方式。

本发明实施例还提供了一种岩土沉降测量装置，所述装置包括上面所述的任意一种岩土沉降测量探头组件、对所述探头组件的数据进行处理的数据处理部件和控制所述探头组件运动的控制部件；所述数据处理部件和控制部件均与所述探头组件电连接。

本发明实施例还提供了一种岩土沉降测量方法，所述方法包括如下步骤：

测点埋设：将导管水平埋设于预设深度的岩土中；

基准沉降测量：测量所述导管管口沉降，得到基准沉降；

岩土沉降测量：在所述导管的水平长度上预设多个测量点，分别测量探杆的水平倾角；

计算：根据所述探杆的水平倾角及基准沉降，得到所述岩土在预设深度的沉降。

这里的预设深度，可以是8～12米，预设多个测量点可以是3个测量点以上。

在本发明的另一些实施例中，在所述岩土沉降测量步骤中，所述方法还包括：

在一次测量结束后，将测量探头退出所述导管，转动预设角度后进行第二次测量，测量点同第一次测量；将两次测量得到的所述探杆的水平倾角取平均，作为计算步骤的计算依据。这样，可以抵消测量零件初始定向非严格水平的系统误差，是更佳的实施方式。这里的预设角度可以是180度。

在本发明的另一些实施例中，在所述测点埋设步骤中，所述方法还包括：

将多个导管分别埋设于不同预设深度的岩土中，并分别测量，得到所述岩土在多个不同预设深度的沉降。这样，可以获得岩土在不同深度的沉降，使数据更全面、准确，是更佳的实施方式。不同的预设深度可以相差2米左右。

为更清楚的了解本发明，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。并且，下面描述的实施例，仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术领域的普通技术人员，根据这些实施例，在不付出创造性劳动的前提下获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例提供了岩土沉降测量装置，如图1所示，所述装置包括岩土沉降测量探头组件和操控台4，所述操控台4用于对探头组件的数据进行处理和控制探头组件的运动；所述操控台4与所述探头组件电连接。

具体地，所述操控台4包括上面所述的数据处理部件和控制部件。所述操控台4通过线缆17连接到岩土沉降测量探头组件，所述线缆17包括传输数据、控制指令的数据线，也包括给岩土沉降测量探头组件提供电能的电力线。更具体地，所述操控台4的电源为可充电锂电池组。本领域技术人员可以理解，所述操控台4也是现有岩土测量装置中使用的设备，其数据处理的过程为本领域公知，不作详述，而控制探头组件的运动为常规的电机驱动程序，不作详述。

具体地，所述岩土沉降测量探头组件包括导管和测量探头1，所述导管固定于岩土中并水平放置的，所述测量探头1，用于在所述导管中水平移动。

如图2所示，所述测量探头1包括探杆15、倾斜检测零件16和驱动部件，所述探杆15水平放置并水平移动。所述倾斜检测零件16，用于检测所述探杆15的水平倾斜程度，所述驱动部件，用于驱动所述探杆15的水平移动。

具体地，所述驱动部件包括水平放置的转轴11和驱动所述转轴11转动的动力部14，所述转轴11相对所述动力部14转动，所述动力部14和所述转轴11在轴向关联移动；所述转轴11上套设有螺柱18，所述螺柱18和所述转轴11在圆周向关联转动；所述螺柱18的外圆面设置有传动外螺纹，所述导管的内壁设有与所述传动外螺纹匹配的传动内螺纹23；所述探杆15固定于所述动力部14，倾斜检测零件16固定于所述探杆15。更具体地，螺柱18采用PVC材质，既轻质且无锈蚀风险。螺柱18与转轴11采用联轴器连接。

本实施例中，所述驱动部件为电机，所述电机包括电机本体和输出轴，所述电机本体为所述动力部14，所述输出轴为所述转轴11；所述电机本体的一端连接有所述输出轴，另一端固定有所述探杆15。具体地，所述电机为直流减速电机。

本实施例中，所述倾斜检测零件16为倾角传感器，具体的是一种陀螺仪。陀螺仪测量探杆15水平倾斜程度的原理是：陀螺仪的定向为水平方向，当探杆15发生俯仰变化时，陀螺仪的定向始终保持为水平方向，通过陀螺仪转动的轨迹，即可测得陀螺仪与水平方向的夹角。

进一步地，所述驱动部件和探杆15上均固定有抵靠导管内壁的导轮13，所述导管内壁上设有与所述导轮13配合的轴向延伸的导槽21。具体地，驱动部件和探杆15均设有两个导轮13，分别对称的设置于驱动部件或探杆15的两侧；更具体地，导轮13是通过两个导轮支架12固定于所述驱动部件或所述探杆15上。

进一步地，如图1、3、4所示，所述导管包括至少两个首尾相接的导管单体2连接而成，所述导管还包括连接相邻两个导管单体2的连接套3，所述连接套3套设于相邻的两个导管单体2；所述连接套3内壁设有轴向延伸的定位条33，所述导管单体2外壁设有与所述定位条33配合的定位槽22。

更进一步地，所述导管还包括对两个导管单体2进一步固定的紧定螺钉31，具体地，所述连接套3设有径向的紧定螺纹孔32，所述紧定螺钉31的螺钉头通过螺旋运动穿过所述紧定螺纹孔32，抵靠所述导管单体2的外壁。

实施例二

本实施例提供了一种岩土沉降测量方法，如图5所示，所述方法包括如下步骤：

步骤501：测点埋设。将三个导管分别埋设于三个不同深度的岩土中，例如深度12m、深度10m和深度8m。

步骤502：基准沉降测量。测量所述导管管口沉降，得到基准沉降；

步骤503：岩土沉降测量。在所述导管的水平长度上预设至少3个测量点，分别测量探杆15的水平倾角；在一次测量结束后，将测量探头1退出所述导管，转动180度后进行第二次测量，测量点同第一次测量；将两次测量得到的所述探杆15的水平倾角取平均，作为计算步骤的计算依据。

具体地，沉降需要间隔预设时间测量两次才能得出沉降，例如间隔1天，测量两次。

在基准沉降测量时，第一次需要测出导管管口相对基面的第一高程，这里的基面可以认为是较远处不会变化的地面，在间隔预设时间后，进行第二次测量，测出第二高程，两个高程的差值就是基准沉降。高程的测量可以通过水准仪或全站仪等测量仪器测量获得。

在岩土沉降测量时，第一次需要测出测量点相对导管管口的第三高程，在间隔预设时间后，进行第二次测量，测出第四高程，两个高程的差值就是该测量点的相对管口的沉降，在加上基准沉降，即为该测量点相对的沉降。

而且，测量基准沉降和岩土沉降的时间是一致的，即在第一次测量基准沉降后，紧接着开始第一次岩土沉降测量，然后间隔预设时间，例如1天，再进行第二次基准沉降测量，紧接着开始第二次岩土沉降测量。

多个测量点是指在水平方向上均匀设置的多个测量点，测量点的间隔一般可以设置为50cm。在具体实施时，可以在线缆17上设置标尺，一般将距离管口30cm的位置设置为刻度“0”，即标尺上刻度“0”，表示距离管口30cm的测量点，标尺上刻度50cm，表示距离管口80cm，依此类推。

在测量过程中，操控台4除了对数据进行处理外，还可以显示探杆15的水平倾角。

步骤504：计算。根据所述探杆15的水平倾角及基准沉降，得到所述岩土在预设深度的沉降。

如步骤501所述，这里的预设深度可以是多个。每个深度的计算方法是一样，因此，下面介绍其中一个深度的岩土沉降计算方法：

首先，通过表达式(1)计算测量点相对基面的高程：

其中，y_j为测量点j相对基面的高程；y₀是管口相对基面的高程；f为测量点之间的间距，即三角函数中的斜边长度，本实施例中间距为50cm，；θ为探杆的水平倾角，所述为同一时间的两次测量的平均值，第二次测量为将测量探头1退出所述导管，转动预设角度后进行的，/>的计算可以参见表达式(2)；/>为水平倾角的对边长度，即相邻测量点之间高程，/>为将多个高程累加，即为最后一个测量点j相对管口的高程；表达式(1)为将管口相对基面的高程+最后一个测量点j相对管口的高程，即为最后一个测量点j相对基面的高程。

其中，θ_i为第一次测量的水平倾角，θ_i'为第二次测量的水平倾角。

将不同时间测量的两个y_j相减，就得到预设时间段内该深度岩土的沉降。

按此方法，可以获得其它深度的岩土沉降，进而判断该地段的总体沉降情况。

在本发明实施例记载中，除非另有说明和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明实施例中如有涉及的术语“第一\第二\第三”，仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。

应理解，说明书通篇中提到的“一实施例”或“一些实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一实施例中”或“在一些实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本发明的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种岩土沉降测量探头，其特征在于，所述岩土沉降测量探头包括水平放置并水平移动的探杆、检测所述探杆水平倾斜程度的倾斜检测零件和驱动所述探杆水平移动的驱动部件；

其中，所述驱动部件为电机，所述电机包括水平放置的输出轴和驱动所述输出轴转动的电机本体，所述输出轴相对所述电机本体转动，所述电机本体的一端连接有所述输出轴，另一端固定有所述探杆，所述输出轴上套设有螺柱，所述螺柱与所述输出轴轴向连接，所述螺柱和所述输出轴在圆周向关联转动，所述螺柱与所述输出轴采用联轴器连接；所述螺柱的外圆面设置有传动外螺纹；所述倾斜检测零件固定于所述探杆。

2.一种岩土沉降测量探头组件，其特征在于，所述探头组件包括固定于岩土中的水平放置的导管和在所述导管中水平移动的测量探头，所述测量探头为权利要求1所述的岩土沉降测量探头；所述导管的内壁设有与所述传动外螺纹匹配的传动内螺纹。

3.根据权利要求2所述的岩土沉降测量探头组件，其特征在于，所述测量探头上固定有抵靠所述导管的内壁的导轮，所述导管的内壁上设有与所述导轮配合的轴向延伸的导槽。

4.根据权利要求3所述的岩土沉降测量探头组件，其特征在于，所述导管包括至少两个首尾相接的导管单体连接而成，所述导管还包括连接相邻两个所述导管单体的连接套，所述连接套套设于相邻的两个所述导管单体；所述连接套内壁设有轴向延伸的定位条，所述导管单体外壁设有与所述定位条配合的定位槽。

5.一种岩土沉降测量装置，其特征在于，所述装置包括权利要求2～4任一项所述的岩土沉降测量探头组件、对所述探头组件的数据进行处理的数据处理部件和控制所述探头组件运动的控制部件；所述数据处理部件和所述控制部件均与所述探头组件电连接。

6.一种岩土沉降测量方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

测点埋设：将导管水平埋设于预设深度的岩土中；

基准沉降测量：测量所述导管管口沉降，得到基准沉降；

岩土沉降测量：在所述导管的水平长度上预设多个测量点，分别测量探杆的水平倾角；

在一次测量结束后，将测量探头退出所述导管，转动预设角度后进行第二次测量，测量点同第一次测量；将两次测量得到的所述探杆的水平倾角取平均，作为计算步骤的计算依据；

计算：根据所述探杆的水平倾角的平均值得到系统误差，根据所述系统误差计算因误差造成的沉降量，结合基准沉降，得到所述岩土在预设深度的沉降。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述测点埋设步骤中，所述方法还包括：

将多个导管分别埋设于不同预设深度的岩土中，并分别测量，得到所述岩土在多个不同预设深度的沉降。