CN115248027B - 一种土体沉降光纤感应监测装置及沉降量测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土体沉降光纤感应监测装置及沉降量测量方法，包括基准杆，所述基准杆内部中空设置，所述基准杆外部套装多个沉降监测圆环，沉降监测圆环与基准杆同轴设置，每个沉降监测圆环上设有一个触发装置，触发装置能够通过触碰展开锚具，基准杆上对应沉降监测圆环设置通孔，触发装置内侧设有触发杆，所述触发杆由通孔伸入基准杆内部。本发明通过转动椭圆形转盘，椭圆形转盘的长轴将滑动杆向外顶出，滑动杆伸入插孔进行限位，使得环形套管随着基准杆下移时候不会发生位移且适用于含水率不足土层，同时能够减小弧形板展开产生的形变，使得测量的沉降量更加接近理论值。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程监测设备技术领域，尤其涉及一种土体沉降光纤感应监测装置及沉降量测量方法。
背景技术
通常使用软尺沉降仪监测土体地基的分层沉降量。软尺沉降仪工作方式为：在待测土体地基中预埋PVC材质的通心沉降管，并在通心沉降管外分段套有沉降磁环，沉降管最底端的底端口上设有锥形导管密封头；在沉降管外表面分布有多个沉降监测圆环，沉降监测圆环内有磁环，在沉降监测圆环外连接有向外放射状并可以收放的锚固铁片，锚固铁片嵌入被测土层使得沉降磁环随被测土层沉降。
传统沉降监测圆环的锚固铁片在埋设前先用力折起并用水溶性纸质胶带拴在通心沉降管侧壁上，将通心沉降管装入监测孔的过程中，沉降监测圆环的容易产生位移，且针对含水量不足的土层无法适用。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种土体沉降光纤感应监测装置及沉降量测量方法，从而解决现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种土体沉降光纤感应监测装置，包括基准杆，所述基准杆内部中空设置，所述基准杆外圈以基准杆为基准环形阵列固定连接多个光纤传感器，所述基准杆外部套装多个沉降监测圆环，沉降监测圆环与基准杆同轴设置，每个沉降监测圆环上设有一个触发装置，触发装置能够通过触碰展开锚具，基准杆上对应沉降监测圆环设置通孔，触发装置内侧设有触发杆，所述触发杆由通孔伸入基准杆内部；
还包括一个限位杆，限位杆能够伸入基准杆的内管并对沉降监测圆环进行限位。
优选地，所述基准杆为PVC管或AGR管中的一种。
优选地，所述基准杆上端设有对应标记触发杆位置的记号线。
优选地，所述限位杆上端固定连接圆台，圆台上侧设有对正线。
优选地，所述光纤传感器外侧固定连接橡胶套管。
优选地，所述橡胶套管外侧设有螺旋线槽。
一种土体沉降量监测方法，采用上述的监测装置，包括以下操作步骤：
第一步：在基准杆的管口抹上润滑脂，基准杆上端对称放置两个垫块，垫块的高度为50-100mm，限位杆通过参照记号线避开触发杆位置并一直下放，在限位杆的圆台接触后，旋转限位杆使得圆台上侧设有对正线与记号线对齐；
第二步：在待测量位置钻取一个监测孔，监测孔深度到达刚性岩层位置并在刚性岩层上形成插入孔，在地层表面以监测孔为基准开挖若干放射状的沟槽，监测孔内置入基准杆，光纤传感器对应进入沟槽内，基准杆的下端嵌入刚性岩层的插入孔内；
第三步：去除垫块后，使用限位杆触碰展开锚具，锚具嵌入土层内，取出限位杆；
第四步：操作人员用专业的测量软尺的磁感应测头端放入基准杆内，手握软尺让磁感应测头缓慢地向下移动，当磁感应测头到达到土层中的沉降监测圆环埋设位置时，接收器内发出提示音，这时通过人工读出测量软尺在基准杆内的深度尺寸，将该测量值与前一个时间点的测量值进行比较，得出沉降监测圆环所在土层在这一时间段的沉降值。
优选地，所述沟槽内填充有回填土。
本发明的优点在于：本发明所提供的一种土体沉降光纤感应监测装置及沉降量测量方法通过转动椭圆形转盘，椭圆形转盘的长轴将滑动杆向外顶出，滑动杆伸入插孔进行限位，使得环形套管随着基准杆下移时候不会发生位移且适用于含水率不足土层，同时能够减小弧形板由于沉降监测圆环位移而展开产生的形变，使得测量的沉降量更加接近理论值。
附图说明
图1是本发明的基本结构示意图；
图2是图1中的E处局部放大图；
图3是本发明中触碰杆的结构示意图；
图4是图3中的F处局部放大图；
图5是图4中的A-A剖视图；
图6是本发明中空心沉降管与触碰杆的连接结构示意图；
图7是本发明中沉降监测圆环的结构示意图；
图8是本发明中沉降监测圆环的弧形板展开后的结构示意图；
图9是图8中的G处局部放大图；
图10是图9中的H处局部放大图；
图11是本发明中弧形板的连接结构示意图；
图12是本发明中弧形板的转动原理示意图；
图13是本发明中沟槽的平面布置图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-13所示，本发明提供的一种土体沉降光纤感应监测装置，包括基准杆1，基准杆1为PVC管或AGR管中的一种，基准杆1内部中空设置，基准杆1外圈以基准杆1为基准环形阵列固定连接多个光纤传感器30，光纤传感器30为现有技术，其基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等)发生变化，称为被调制的信号光，再过利用被测量对光的传输特性施加的影响，完成测量，光纤传感器30外侧固定连接橡胶套管，橡胶套管能够与其内部的光纤传感器30一同变形，橡胶套管外侧设有螺旋线槽，橡胶套管的螺旋线槽便于和土体嵌合紧密，基准杆1外部套装多个沉降监测圆环2，沉降监测圆环2内管壁嵌入设置有用于触发沉降仪探头磁感应元件的磁铁圈21，沉降监测圆环2与基准杆1同轴设置，每个沉降监测圆环2上设有一个触发装置，触发装置能够通过触碰展开锚具，锚具为可以转动的弧形板24，沉降监测圆环2内部设有安装腔23，弧形板24转动连接在安装腔23内，沉降监测圆环2外侧设有连通安装腔23的槽口25，弧形板24能够由槽口25内转动伸出，通过弧形板2转动嵌入土层内，对土体分层沉降进行测量；
如图9-10所示，弧形板24设有收纳腔241，收纳腔241靠近弧形板24外圆弧的一侧内壁滑动连接弧形条242，弧形板24的外圆弧一侧设有避让槽243，弧形条242的外弧面设置锯齿244，锯齿244由避让槽243伸出，弧形板24一侧设有推杆245，推杆245驱使弧形条242在收纳腔241的内壁上往复滑动；安装腔23内固定连接圆弧板246，圆弧板246的内弧面间隔设有多个凸块247，推杆245端头转动连接滚柱248，滚柱248的安装板与弧形板24之间装有第一弹簧249，在弧形板24转动的过程中，滚柱248在圆弧板246上滚动，通过凸块247及第一弹簧249的配合使得弧形条242往复运动，对土层形成锯切，减小弧形板24嵌入土层的阻力；
基准杆1上对应沉降监测圆环2设置通孔11，每个通孔11均连通基准杆1的内腔设置，沉降监测圆环2内圈间隔设置多个支撑杆22，每个支撑杆22均由其对应的通孔11伸入基准杆1内腔，触发装置内侧设有触发杆49，触发杆49由通孔11伸入基准杆1内部；
如图11-12所示，触发装置包括第一锥齿轮41，第一锥齿轮41固定连接在弧形板24的转轴上，安装腔23的侧壁转动连接驱动轴42，驱动轴42的端头固定连接第二锥齿轮43，第二锥齿轮43与第一锥齿轮41相啮合，安装腔23的底部设有滑动孔，滑动孔内滑动连接方形杆44，方形杆44与滑动孔的孔底之间固定连接支撑弹簧45，方形杆44上端一侧固定连接齿板46，驱动轴42的中部固定连接驱动齿轮47，驱动齿轮47与齿板46相啮合，沉降监测圆环2的内壁设有滑动槽48，滑动槽48与滑动孔相连通，触发杆49滑动连接在滑动槽48内，触发杆49与方形杆44固定连接，触发杆49一端伸入基准杆1的内管
如图3-6所示，还包括一个限位杆5，限位杆5能够伸入基准杆1的内管并对沉降监测圆环2进行限位，且限位杆5用于触发弧形板24转动，通过限位杆5推着触发杆49下移，进而通过齿板46驱使驱动轴4转动，经过第二锥齿轮43与第一锥齿轮41的传递，使得弧形板24展开，对比现有技术中，通过接触触碰开关，通过电机驱使转动，本发明无需复杂的线路设置及防护措施，使用简单的机构推动便实现目的，操作简单牢靠；
限位杆5包括空心的杆体51，杆体51内部同轴设置操作杆52，杆体51的内壁设有环形槽53，操作杆52上装有椭圆形转盘54，椭圆形转盘54转动连接在环形槽53内，环形槽53的两端分别设有一个滑孔，每个滑孔内滑动连接一个滑动杆55，每个滑动杆55靠近椭圆形转盘54的一端设有凸台，凸台接触椭圆形转盘54的外圈面设置，凸台与环形槽53的内壁之间装有第二弹簧56，支撑杆22端头设有插孔57，插孔57与滑动杆55相适配，为了防止在推动触发杆49移动的过程中造成整个沉降监测圆环2位移，通过转动椭圆形转盘54，椭圆形转盘54的长轴将滑动杆55向外顶出，滑动杆55伸入插孔57进行限位，使得环形套管2随着基准杆1下移时候不会发生位移且适用于含水率不足土层，同时，由于沉降监测圆环2不会位移，以减小弧形板24展开过程中产生的形变，使得测量的沉降量更加接近理论值。
操作杆52包括交替设置的圆杆段521的方杆段522，椭圆形转盘54中部设有贯穿的方形孔，操作杆52的方杆段522由方形孔内穿过并滑动连接，杆体51的外圆设有多个通槽523，通槽523与通孔11一一对应设置，操作杆52的方杆段522固定连接多个压杆524，每个压杆524对应控制一个弧形板24，圆杆段521的下端与椭圆形转盘54的上侧之间固定连接复位弹簧525，在滑动杆55伸入插孔57进行限位后，向下推动操作杆52，操作杆52的方杆段522上的压杆524对触发杆49形成下推。
杆体51上端固定连接圆台59，圆台59的直径大于基准杆1的直径，基准杆1上端设有对应标记触发杆49位置的记号线，圆台59上侧设有对正线，在基准杆1的管口抹上润滑脂，基准杆1上端对称放置两个垫块，垫块的高度为50-100mm，杆体51通过参照记号线避开触发杆49位置并一直下放，在杆体51上端的圆台59接触基准杆1上端后，旋转杆体51使得圆台59上侧设有的对正线与记号线对齐，此时压杆524位于触发杆49正上方，移除垫块后安装到位。
基准杆1上端内壁设有卡接槽6，圆台59底部设有卡接板7，卡接板7与卡接槽6相适配，圆台59及卡接板7与卡接槽6对限位杆5处于基准杆1内的位置形成定位，使得压杆524能够对正触发杆49，避免错位影响弧形板24的展开。
本发明还公开了一种土体沉降量监测方法，采用上述的监测装置，包括以下操作步骤：
第一步：在基准杆1的管口抹上润滑脂，基准杆1上端对称放置两个垫块，垫块的高度为50-100mm，限位杆5通过参照记号线避开触发杆49位置并一直下放，在限位杆5的圆台59接触后，旋转限位杆5使得圆台59上侧设有对正线与记号线对齐；
第二步：在待测量位置钻取一个监测孔，监测孔深度到达刚性岩层位置并在刚性岩层上形成插入孔，在地层表面以监测孔为基准开挖若干放射状的沟槽，监测孔内置入基准杆1，光纤传感器30对应进入沟槽40内，沟槽40内填充有回填土，基准杆1的下端嵌入刚性岩层的插入孔内；
第三步：去除垫块后，使用限位杆5触碰展开锚具，锚具嵌入土层内，即向下推动操作杆52，操作杆52的方杆段522上的压杆524对触发杆49形成下推，通过限位杆5推着触发杆49下移，进而通过齿板46驱使驱动轴4转动，经过第二锥齿轮43与第一锥齿轮41的传递，使得弧形板24展开，随后转动椭圆形转盘54，滑动杆55离开插孔57，随后移除限位杆5；
第四步：操作人员用专业的测量软尺的磁感应测头端放入基准杆1内，手握软尺让磁感应测头缓慢地向下移动，当磁感应测头到达到土层中的沉降监测圆环2埋设位置时，接收器内发出提示音，这时通过人工读出测量软尺在基准杆1内的深度尺寸，将该测量值与前一个时间点的测量值进行比较，得出沉降监测圆环2所在土层在这一时间段的沉降值。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种土体沉降光纤感应监测装置，包括基准杆(1)，所述基准杆(1)内部中空设置，所述基准杆(1)外圈以基准杆(1)为基准环形阵列固定连接多个光纤传感器(30)，所述基准杆(1)外部套装多个沉降监测圆环(2)，沉降监测圆环(2)与基准杆(1)同轴设置，其特征在于：每个沉降监测圆环(2)上设有一个触发装置，触发装置能够通过触碰展开锚具，基准杆(1)上对应沉降监测圆环(2)设置通孔(11)，触发装置内侧设有触发杆(49)，所述触发杆(49)由通孔(11)伸入基准杆(1)内部；还包括一个限位杆(5)，限位杆(5)能够伸入基准杆(1)的内管并对沉降监测圆环(2)进行限位；
锚具为可以转动的弧形板，沉降监测圆环内部设有安装腔，弧形板转动连接在安装腔内，沉降监测圆环外侧设有连通安装腔的槽口，弧形板能够由槽口内转动伸出，通过弧形板转动嵌入土层内，对土体分层沉降进行测量，弧形板设有收纳腔，收纳腔靠近弧形板外圆弧的一侧内壁滑动连接弧形条，弧形板的外圆弧一侧设有避让槽，弧形条的外弧面设置锯齿，锯齿由避让槽伸出，弧形板一侧设有推杆，推杆驱使弧形条在收纳腔的内壁上往复滑动；安装腔内固定连接圆弧板，圆弧板的内弧面间隔设有多个凸块，推杆端头转动连接滚柱，滚柱的安装板与弧形板之间装有第一弹簧，在弧形板转动的过程中，滚柱在圆弧板上滚动，通过凸块及第一弹簧的配合使得弧形条往复运动，对土层形成锯切，减小弧形板嵌入土层的阻力，基准杆上对应沉降监测圆环设置通孔，每个通孔均连通基准杆的内腔设置，沉降监测圆环内圈间隔设置多个支撑杆，每个支撑杆均由其对应的通孔伸入基准杆内腔，触发装置内侧设有触发杆，触发杆由通孔伸入基准杆内部；触发装置包括第一锥齿轮，第一锥齿轮固定连接在弧形板的转轴上，安装腔的侧壁转动连接驱动轴，驱动轴的端头固定连接第二锥齿轮，第二锥齿轮与第一锥齿轮相啮合，安装腔的底部设有滑动孔，滑动孔内滑动连接方形杆，方形杆与滑动孔的孔底之间固定连接支撑弹簧，方形杆上端一侧固定连接齿板，驱动轴的中部固定连接驱动齿轮，驱动齿轮与齿板相啮合，沉降监测圆环的内壁设有滑动槽，滑动槽与滑动孔相连通，触发杆滑动连接在滑动槽内，触发杆与方形杆固定连接，触发杆一端伸入基准杆的内管；还包括一个限位杆，限位杆能够伸入基准杆的内管并对沉降监
测圆环进行限位，且限位杆用于触发弧形板转动，通过限位杆推着触发杆下移，进而通过齿板驱使驱动轴转动，经过第二锥齿轮与第一锥齿轮的传递，使得弧形板展开；限位杆包括空心的杆体，杆体内部同轴设置操作杆，杆体的内壁设有环形槽，操作杆上装有椭圆形转盘，椭圆形转盘转动连接在环形槽内，环形槽的两端分别设有一个滑孔，每个滑孔内滑动连接一个滑动杆，每个滑动杆靠近椭圆形转
盘的一端设有凸台，凸台接触椭圆形转盘的外圈面设置，凸台与环形槽的内壁之间装有第二弹簧，支撑杆端头设有插孔，插孔与滑动杆相适配，为了防止在推动触发杆移动的过程中造成整个沉降监测圆环位移，通过转动椭圆形转盘，椭圆形转盘的长轴将滑动杆向外顶出，滑动杆伸入插孔进行限位，操作杆包括交替设置的圆杆段的方杆段，椭圆形转盘中部设有贯穿的方形孔，操作杆的方杆段由方形孔内穿过并滑动连接，杆体的外圆设有多个通槽，通槽与通孔一一对应设置，操作杆的方杆段固定连接多个压杆，每个压杆对应控制一个弧形板，圆杆段的下端与椭圆形转盘的上侧之间固定连接复位弹簧，在滑动杆伸入插孔进行限位后，向下推动操作杆，操作杆的方杆段上的压杆对触发杆形成下推。
2.根据权利要求1所述的一种土体沉降光纤感应监测装置，其特征在于：所述基准杆(1)为PVC管或AGR管中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种土体沉降光纤感应监测装置，其特征在于：所述基准杆(1)上端设有对应标记触发杆(49)位置的记号线。
4.根据权利要求3所述的一种土体沉降光纤感应监测装置，其特征在于：所述限位杆(5)上端固定连接圆台(59)，圆台(59)上侧设有对正线。
5.根据权利要求4所述的一种土体沉降光纤感应监测装置，其特征在于：所述光纤传感器(30)外侧固定连接橡胶套管。
6.根据权利要求5所述的一种土体沉降光纤感应监测装置，其特征在于：所述橡胶套管外侧设有螺旋线槽。
7.一种土体沉降量监测方法，其特征在于：采用如权利要求6所述的监测装置，包括以下操作步骤：
第一步：在基准杆(1)的管口抹上润滑脂，基准杆(1)上端对称放置两个垫块，垫块的高度为50-100mm，限位杆(5)通过参照记号线避开触发杆(49)位置并一直下放，在限位杆(5)的圆台(59)接触后，旋转限位杆(5)使得圆台(59)上侧设有对正线与记号线对齐；
第二步：在待测量位置钻取一个监测孔，监测孔深度到达刚性岩层位置并在刚性岩层上形成插入孔，在地层表面以监测孔为基准开挖若干放射状的沟槽(40)，监测孔内置入基准杆(1)，光纤传感器(30)对应进入沟槽(40)内，基准杆(1)的下端嵌入刚性岩层的插入孔内；
第三步：去除垫块后，使用限位杆(5)触碰展开锚具，锚具嵌入土层内，取出限位杆(5)；
第四步：操作人员用专业的测量软尺的磁感应测头端放入基准杆(1)内，手握软尺让磁感应测头缓慢地向下移动，当磁感应测头到达到土层中的沉降监测圆环(2)埋设位置时，接收器内发出提示音，这时通过人工读出测量软尺在基准杆(1)内的深度尺寸，将该测量值与前一个时间点的测量值进行比较，得出沉降监测圆环(2)所在土层在这一时间段的沉降值。
8.根据权利要求7所述的一种土体沉降量监测方法，其特征在于：所述沟槽(40)内填充有回填土。
Priority Applications (2)
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