CN112857642B - 一种多深度土压力的测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多深度土压力的测量方法，包括以下步骤：（1）在一杆体上沿竖直方向间隔开设若干单向口，所述单向口处设置有气囊，使各气囊分别经导气管与位于杆体顶部的中转接口中的对应气道相连通；（2）将杆体压入至土体中的设计深度；（3）根据土压测试深度选择对应的气囊，确定气囊所连通的气道，将顶部转盘旋转至对应的气道位置，使顶部转盘上的输气管与气道相连通；（4）启动气泵以向气囊内充气并监测该土压测试深度的土压力大小。本发明的优点是：采用可反复充放气的高压橡胶气囊来对土压力的大小进行量测，中转接口及顶部转盘可使外接气压设备按照测量需求接入不同深度气囊处的导气管。

Description

一种多深度土压力的测量方法
技术领域
本发明属于岩土工程试验检测领域，具体涉及一种多深度土压力的测量方法。
背景技术
在各类岩土工程中，如基坑开挖、隧道建设、路堤修筑等，经常会需要用到各类土压力测试装置来监测施工及工后土压力的变化情况。市面上最为常见的土压力测试装置为土压力盒，一般来说一个土压力盒只能单独测量某一深度处的土压力，对于多个测点则需要布设多个土压力盒，采用常用的钻孔或挖孔法进行埋设时，往往需要开挖多个孔洞，一个孔洞中只能埋设一个土压力盒，并且钻孔一般不能重复使用；过多的钻孔及孔洞将会对土体原有的应力状态造成影响、土压力盒所测土压力会因此失真，也必然导致施工工作量的增大和设备使用及维护的繁琐；并且土压力盒的埋设质量将直接影响测试精度。当土体发生较大的位移时，直接埋设于土体内部的土压力也会跟随土体运动，其测量结果可能会受到影响。同时随着深度的增加，土压力盒的导线长度也随之增加，当土体发生局部变形时，导线易被损坏。土压力盒一般采用电信号的传感器进行数据传输，该类传感器受电磁干扰影响大，防水效果差，长期使用稳定性差。
综上可以看出，土压力盒测量结果的准确性受施工因素及环境因素影响较大。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种多深度土压力的测量方法，该测量方法通过在杆体内不同深度间隔设置若干气囊，根据土压力测试深度选择对应深度的气囊进行充气，从而可以较为精确的识别出土压力的大小。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种多深度土压力的测量方法，其特征在于所述测量方法包括以下步骤：（1）在一具有空腔的杆体壁面上沿竖直方向间隔开设若干单向口，所述单向口处设置有气囊，使各所述气囊分别经导气管与位于所述杆体顶部的中转接口中的对应气道相连通，在所述中转接口上表面设置一顶部转盘，在所述顶部转盘的通孔与气泵之间设置一输气管进行连通；（2）将所述杆体压入至土体中的设计深度；（3）根据土压测试深度选择对应的所述气囊，确定所述气囊所连通的所述气道，将所述顶部转盘旋转至对应的所述气道位置，使所述顶部转盘上的输气管与所述气道相连通；（4）启动所述气泵以向所述气囊内充气并监测该土压测试深度的土压力大小；（5）待完成该土压测试深度后，旋转所述顶部转盘至下一土压测试深度所对应的所述气道并进行连通，重复步骤4进行土压力测量。
所述单向口处设置有位于所述杆体内的半圆柱形壳体以及可滑动式钢板组件，所述气囊设置于所述半圆柱形壳体和所述可滑动式钢板组件之间；所述半圆柱形壳体的两端分别焊接固定于所述杆体壁面的所述单向口的上、下缘部；所述可滑动式钢板组件由两块钢板组成，两块所述钢板之间通过滚动轴承连接；所述钢板的末端分别设置有滑轮，所述单向口的上缘部和下缘部分别开设有供所述滑轮搭接滑移的轨道，所述轨道上设置有挡板以限制所述滑轮的滑动距离。
向所述气囊充气，在气压提升过程中，两块所述钢板逐渐向外移动，待所述气囊达到预定状态时，所述滑轮在所述轨道中移动到最远端的所述挡板上，所述气囊内部气压与土压力相平衡，所述气泵上的气压表所显示的气压值即为所测深度的土压力值。
所述半圆柱形壳体上设置有一通孔以供所述导气管贯穿通过。
所述杆体的空腔内沿竖直方向间隔设置有若干固定件，以将所述导气管同所述杆体内壁面固定。
所述顶部转盘的上表面固定设置有一转动手柄，以在所述转动手柄驱动下使所述顶部转盘绕中心转动，调节所述顶部转盘上的开口与所述中转接口上对应的所述气道相匹配连通。
所述中转接口内的各所述气道顶部和底部均设置有橡胶密封圈，在所述顶部转盘上的所述输气管与对应的所述气道相连通后，所述橡胶密封圈打开。
本发明的优点是：
（1）采用可反复充放气的高压橡胶气囊来对土压力的大小进行量测，相比于传统的土压力盒，具有重复性强、精度高、不受电磁干扰、防水效果好、对土体扰动小等特点；
（2）单向口的设置使得气囊提供的气压与挡板处的土压力平衡后，气囊无法继续膨胀，从而可以较为精确的识别出土压力的大小；杆体外壳及气囊周围的壳体对气囊提供了比较好的保护效果，使得免受硬物及尖锐物体的损害，同时一根杆体内部可安设多个气囊，提高了测量效率，减少了施工所需工作量；
（3）中转接口及顶部转盘可使外接气压设备按照测量需求接入不同深度气囊处的导气管，具有转接方便，测量简易的优点。
附图说明
图1为本发明中高精度多深度气囊式土压力计的结构示意图；
图2为本发明中顶部转盘的平面示意图；
图3为本发明中中转接口的平面示意图；
图4为本发明中杆体顶部的结构示意图；
图5为本发明中气囊未充气时的可滑动式钢板组件的状态示意图；
图6为本发明中气囊充气时的可滑动式钢板组件的状态示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-6，图中各标记分别为：杆体1、导气管2、气囊3、单向口4、固定件5、半圆柱形壳体6、中转接口7、顶部转盘8、输气管9、气泵10、滚动轴承11、滑轮12、钢板13、挡板14、橡胶密封圈15、气道16、显示屏17、气压表18、转动手柄19、轨道20。
实施例：如图1-6所示，本实施例具体涉及一种多深度土压力的测量方法，具体包括以下步骤：
（1）在地面制作气囊式土压力计：该气囊式土压力计的主体包括杆体1以及气泵10，杆体1为一具有空腔的中空杆体，在杆体1上沿竖直方向间隔设置有若干单向口4，各单向口4的位置处分别布置有一气囊3；在杆体1的上端口位置处固定设置有中转接口7，各气囊3分别经导气管2同中转接口7内的气道16相连通；在中转接口7的上表面紧密贴合设置有顶部转盘8；顶部转盘8上具有一开口并同气泵10上的输气管9相连通，通过转动顶部转盘8可使输气管9同中转接口7上对应的气道16匹配连通。
（2）将杆体1压入至土体中的设计深度，与此同时，气泵10设置在地面。
（3）根据土压测试深度选择对应深度的气囊3，确定该气囊3经导气管2所连通的气道16，将顶部转盘8旋转至对应的气道16位置，使顶部转盘8上的输气管9与该气道16相连通。
（4）启动气泵10以向气囊3内充气并监测该土压测试深度的土压力大小。
（5）待完成该土压测试深度后，旋转顶部转盘8至下一土压测试深度所对应的气道16并进行连通，重复步骤（4）进行土压力测量。
如图1-6所示，在地面制作杆体1，杆体1的长度应由底部气囊3的埋深确定；杆体1的壁面上沿竖直方向间隔开设有若干单向口4，本实施例中具体开设有5个单向口4，分别为示意图中的a、b、c、d、e；单向口4位置处设置有半圆柱形壳体6和可滑动式钢板组件，前述的气囊3具体设置在两者之间；半圆柱形壳体6的两端分别焊接固定于单向口4的上、下缘部上，即杆体1壁面上，在半圆柱形壳体6上还开设有一通孔以使导气管2贯穿通过并同气囊3相连通；可滑动式钢板组件包括两块钢板13，两块钢板13之间通过滚动轴承11相连接，可减少摩擦阻力的消耗使得土压力及气囊3压力能较为轻松地推动钢板13运动；在各块钢板13的末端分别设置滑轮12，与此同时，在单向口4的上缘部和下缘部分别开设有供滑轮12能够在其中搭接滑移的轨道20，为了限定滑轮12的滑动距离在轨道20的两端分别设置有挡板14，如图5、6所示。
如图5、6所示，在气囊3未充气时，其内部压力远小于外部的土压力，因此土压力的作用下，钢板13带动滑轮12向轨道20近端运动，同时由于钢制挡板14的约束作用，滑轮12在滑动到内侧挡板14时不可再继续向内滑动，可避免滚动轴承11及钢板13向内继续挤压气囊3，造成气囊3的损坏。气囊3充气时，其内部气压逐渐升高，体积逐渐膨胀，将推动滚动轴承11及钢板13向杆体1外部运动，滑轮12此时也随之向轨道20的远端滑动，在轨道20的远端也同样设有钢制挡板14，在滑轮12达到最远端时，气囊3的体积也恰好充满整个半圆形壳体6，此时气囊3达到预定状态，气囊3内部气压与土压力相平衡，继续升压由于滑轮12受到钢制挡板14的约束作用，不能继续朝远端滑动，因此，气囊3无法继续膨胀，单向口4的单向约束作用便由此体现。
如图1-6所示，中转接口7固定设置在杆体1的顶端，在中转接口7上具有若干气道16，气道16的数量对应于导气管2的数量，各导气管2自气囊3延伸入中转接口7中并同其内的对应气道16相连通，需要说明的是，在杆体1内内，导气管2每隔一定的距离便由固定件5加以约束，避免在后续的安装使用过程中发生过大的振动或摇晃，影响气密性。顶部转盘8紧密贴合设置在中转接口7的上表面，在顶部转盘8的上表面上固定设置有一转动手柄19，通过转动手柄19可使顶部转盘8绕其中心转动，在顶部转盘8上开设有一开口，该开口上连接输气管9的一端，输气管9的另一端同地面上的气泵10相连通，气泵10连有气压表18，用来监测气压情况，这样气泵10与需要测量的气囊3就建立了一条完整的导气管道，从上至下依次为，气泵10-气压表18-输气管9-顶部转盘8-中转接口7-气道16-气囊3所连的导气管2-气囊3。
需要说明的是，在气道16的顶部和底部还设置有橡胶密封圈15，以保证导气管2与气道16、气道16与输气管9之间连接的气密性，以防止在气泵加压过程中出现漏气现象。在顶部转盘8上设置有显示屏17，显示屏17内的控制主板连接控制橡胶密封圈15的启闭开合，顶部转盘8的开口未转到气道16时，气道16顶部的橡胶密封圈15处于关闭的状态，显示屏上为显示相应的数字，开关处于OFF状态。如图3所示，为通过拨动转动手柄19使顶部转盘8的开口转到气道16时的示意图，图中顶部转盘8的开口转到与a号气囊3对应的气道上方时，显示屏上出现数字a，证明此时与a号气囊3相对应，按下开关上的ON键即可使橡胶密封圈15打开，整个导气管道2处于连通的状态，可通过气泵10向气囊3内充气，待气囊3达到预设状态时，通过读取气压表18上的气压值，此即气囊3对应深度处的土压力值。
如图1-6所示，气囊式土压力计制作完成后，在测试现场进行钻孔，将气囊式土压力计埋设到预定位置后，根据测量需要，将气泵10的输气管9通过顶部转盘8接入要进行测量的气囊3所对应的中转接口7的气道16，然后启动气泵10，向气囊3内部充气，在气压提升的过程中，钢板13会逐渐向外移动，待气囊3达到预定状态时，气压表18所显示的气压值即为所测深度的土压力值，此时气压表18所记录的压力曲线应该有一突变，记录下此时的气压值即为对应深度的土压力大小。

Claims (6)

1. 一种多深度土压力的测量方法，其特征在于所述测量方法包括以下步骤：（1）在一具有空腔的杆体壁面上沿竖直方向间隔开设若干单向口，所述单向口处设置有气囊，使各所述气囊分别经导气管与位于所述杆体顶部的中转接口中的对应气道相连通，在所述中转接口上表面设置一顶部转盘，在所述顶部转盘的通孔与气泵之间设置一输气管进行连通；（2）将所述杆体压入至土体中的设计深度；（3）根据土压测试深度选择对应的所述气囊，确定所述气囊所连通的所述气道，将所述顶部转盘旋转至对应的所述气道位置，使所述顶部转盘上的输气管与所述气道相连通；（4）启动所述气泵以向所述气囊内充气并监测该土压测试深度的土压力大小；（5）待完成该土压测试深度后，旋转所述顶部转盘至下一土压测试深度所对应的所述气道并进行连通，重复步骤（ 4） 进行土压力测量；
所述单向口处设置有位于所述杆体内的半圆柱形壳体以及可滑动式钢板组件，所述气囊设置于所述半圆柱形壳体和所述可滑动式钢板组件之间；所述半圆柱形壳体的两端分别焊接固定于所述杆体壁面的所述单向口的上、下缘部；所述可滑动式钢板组件由两块钢板组成，两块所述钢板之间通过滚动轴承连接；所述钢板的末端分别设置有滑轮，所述单向口的上缘部和下缘部分别开设有供所述滑轮搭接滑移的轨道，所述轨道上设置有挡板以限制所述滑轮的滑动距离。
2.根据权利要求1所述的一种多深度土压力的测量方法，其特征在于向所述气囊充气，在气压提升过程中，两块所述钢板逐渐向外移动，待所述气囊达到预定状态时，所述滑轮在所述轨道中移动到最远端的所述挡板上，所述气囊内部气压与土压力相平衡，所述气泵上的气压表所显示的气压值即为所测深度的土压力值。
3.根据权利要求1所述的一种多深度土压力的测量方法，其特征在于所述半圆柱形壳体上设置有一通孔以供所述导气管贯穿通过。
4.根据权利要求1所述的一种多深度土压力的测量方法，其特征在于所述杆体的空腔内沿竖直方向间隔设置有若干固定件，以将所述导气管同所述杆体内壁面固定。
5.根据权利要求1所述的一种多深度土压力的测量方法，其特征在于所述顶部转盘的上表面固定设置有一转动手柄，以在所述转动手柄驱动下使所述顶部转盘绕中心转动，调节所述顶部转盘上的开口与所述中转接口上对应的所述气道相匹配连通。
6.根据权利要求1所述的一种多深度土压力的测量方法，其特征在于所述中转接口内的各所述气道顶部和底部均设置有橡胶密封圈，在所述顶部转盘上的所述输气管与对应的所述气道相连通后，所述橡胶密封圈打开。
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