CN115638766A - 一种冻融沉降的监测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冻融沉降技术领域，具体为一种冻融沉降的监测装置和方法。一种冻融沉降的监测装置和方法，包括监测箱及多个分层块，监测箱的底部固定连接有沉降块，多个分层块位于沉降块的底部并由上往下依次进行排列，多个分层块内均开设有内腔，内腔的内周壁转动连接有限位块，限位块中间固定连接有活动丝杆，活动丝杆的外周壁螺纹连接有丝杆套，丝杆套的外周壁铰接相连有多个连杆，本发明的有益效果是：该冻融沉降的监测装置和方法，能够在活动丝杆进行转动后，改变传感器于分层块内所处的位置，并能够控制其缩回分层块内或者从分层块内露出而与冻土接触，以使其能够对冻土的情况进行相应的感应，达到对冻土融沉情况进行监测的效果。

Description

一种冻融沉降的监测装置和方法

技术领域

本发明涉及冻融沉降技术领域，具体为一种冻融沉降的监测装置和方法。

背景技术

青藏高原被称之为“世界屋脊”以及“第三极”它拥有世界上最高的海拔和最复杂的地形条件，包含地球系统的所有圈层。由于独特的地貌特征和气候条件，使其在全球以及局部区域气候系统的演化中起着十分关键的作用。在青藏高原上广泛分布着季节冻土、多年冻土和高山冰雪资源，这使它孕育了多条亚洲的大江大河。青藏高原多年冻土面积约为106万平方公里，占青藏高原总面积的40％。而青藏高原多年冻土作为构成我国冰冻圈以及青藏高原下垫面的重要组分，它的变化对于寒区生态环境、水文过程、陆气间水热交换、气候变化以及地面路基建设等均有显著的影响。在过去的几十年中，青藏高原经历了比周边地区更剧烈的升温过程。在气温升高的影响下，区域内多年冻土发生快速、广泛的退化，表现为活动层厚度增加、多年冻土面积变小、多年冻土厚度逐渐减薄以及形成地面沉降等。

气候与多年冻土之间的相互作用与连接它们的活动层密不可分，活动层水分-能量传输过程是实现大气与多年冻土之间相互反馈的纽带。目前，对活动层水热过程的研究已经成为研究多年冻土变化的重要内容，其对气候变化的响应已经成为国内外研究者关注的热点。准确表征多年冻土区活动层土壤水热变化特征及影响因素，对预测全球气候变化大背景下的多年冻土变化情况和理解其对多年冻土区水文和生态系统特征的影响具有重要意义在季冻区域，由于气候发生周期性的变化，冻融循环作用对道路的沉降产生较大的影响。

为了对青藏高原地区土壤冻融对冻土工程的影响，一般需要利用不同植被类型，不同盖度土壤水文特征数据，结合活动层土壤水热监测数据进行综合分析。

现有的冻融沉降的监测装置，不方便用户对装置进行相应的调节，以使传感器基于装置所处的位置进行变动，从而使得用户在将装置埋设于冻土内或将装置从冻土内取出时不够方便，容易给用户在进行操作时造成困难。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种冻融沉降的监测装置和方法，来解决上述中提到的现有的冻融沉降的监测装置和方法无法对绝缘外壳的切割长度进行定长的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种冻融沉降的监测装置，包括监测箱及多个分层块，监测箱的底部固定连接有沉降块，多个分层块位于沉降块的底部并由上往下依次进行排列，多个分层块内均开设有内腔，内腔的内周壁转动连接有限位块，限位块的中间固定连接有活动丝杆，活动丝杆的外周壁螺纹连接有丝杆套，丝杆套的外周壁铰接相连有多个连杆，多个连杆的端部铰接相连有ppr管，ppr管的端部设置有传感器，监测箱内开设有空腔，空腔的内周壁设置有电路板，空腔的开口处设置有密封盖板。

步骤S1、将一个孔内所需要的传感器按照设计好的间距串联到一根三芯屏蔽线上；

步骤S2、用电锯把ppr管对半平分切开，然后用电钻在切好的一个一半ppr管内，按照监测的设计方案钻出满足监测要求数量和间距的并且能够使传感器漏出管外的小孔：

步骤S3、把连接好传感器的三芯屏蔽线放在钻好孔的半ppr管内，接着把传感器都塞入到相对应的孔内，并且要把传感器的感应头漏出管外，然后用胶固定好传感器；

步骤S4、分别用小刷子往两半ppr管的切口处抹刷SBS胶，把两半ppr管合拢，接着用胶带把ppr管缠起来，在用热熔胶对切口的合缝处进行补缝处理，然后在用小刷子对合缝处抹刷SBS胶，最后从管孔底注射发泡剂，当发泡剂将整个管内的空间都充满时停止注射；

步骤S5、把做好的传感器连接到采集系统自主开发的电路板上，对采集数据电路板进行调试以确保每一个传感器都能正常工作；

步骤S6、把电路板放入自制的测温实验箱内，周围用红砖进行垒砌，外表面用水泥砂浆进行抹面，对监测箱进行防水保护。

本发明的有益效果是：

1)该冻融沉降的监测装置和方法效果更好，本发明中在现有的基础上进行改进，能够在活动丝杆进行转动后，改变传感器于分层块内所处的位置，并能够控制其缩回分层块内或者从分层块内露出而与冻土接触，以使其能够对冻土的情况进行相应的感应，达到对冻土融沉情况进行监测的效果；

2)同时便于后期将装置从冻土内取出。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述分层块两端开设有多个缓冲槽，多个缓冲槽的内周壁滑动连接有工型连接杆，两个相邻的分层块通过工型连接杆进行连接。

采用上述进一步方案的有益效果是，能够由工型连接杆将相邻的两个分层块进行连接，并基于工型连接杆可在缓冲槽内进行滑动的作用下，使两个分层块的间距可自由变动，以使用户在将多个分层块分别埋设于冻土区的不同深度后，可根据冻土的沉降变化跟着进行变动，从而能够使其能够对此进行监测。

进一步，所述沉降块内开设有空腔，空腔的内周壁固定连接有伺服电机，伺服电机的输出轴端部固定连接有转动丝杆，转动丝杆的端部固定连接有方形卡块，活动丝杆的其中一端固定连接有连接块，连接块内开设有方形卡槽，方形卡槽与方形卡块相适配。

采用上述进一步方案的有益效果是，在伺服电机进行运转后，能够带动转动丝杆进行转动，之后由于转动丝杆的端部设置有方形卡块，而活动丝杆的其中一端则设置有连接块，同时连接块内开设方形卡槽，且方形卡槽与方形卡块相适配，由此则能够在相邻的两个分层块相互抵触以使方形卡块与方形卡槽相互卡接时，能够由转动丝杆连带着活动丝杆一起进行转动，从而能够以此方式间接地改变传感器所处位置。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的正面剖视结构示意图；

图3是图2的A处放大结构示意图；

图4为本发明中分层块的俯视剖面结构示意图；

图5为本发明中分层块的仰视剖面结构示意图；

图6为本发明的冻土冻融监测流程示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、监测箱；101、空腔；102、电路板；103、密封盖板；2、沉降块；201、伺服电机；202、转动丝杆；203、方形卡块；3、分层块；301、缓冲槽；302、工型连接杆；4、内腔；401、限位块；402、活动丝杆；403、丝杆套；404、连杆；405、ppr管；406、传感器；5、连接块；501、方形卡槽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

季冻区域，由于气候发生周期性的变化，冻融循环作用对道路的沉降产生较大的影响。冷端温度、土体含水量和冻融循环次数是冻融循环作用中重要的影响因素，中国东北冻土区地处欧亚大陆冻土区边缘，自20世纪80年代以来年均气温增暖幅度增大，大兴安岭北部和小兴安岭地区尤为显著，现有的冻融沉降的监测装置，难以对不同深度的冻土进行监测，从而使得装置的监测结果不够全面，并且在装置具有分层监测功能时，难以将此功能与装置进行连接，从而使得装置的灵活性能受到影响，对此发明人提出了一种冻融沉降的监测装置和方法来解决上述问题。

本发明提供了以下优选的实施例

如图1所示，一种冻融沉降的监测装置，包括监测箱1及多个分层块3，监测箱1的底部固定连接有沉降块2，多个分层块3位于沉降块2的底部并由上往下依次进行排列，多个分层块3内均开设有内腔4，内腔4的内周壁转动连接有限位块401，限位块401的中间固定连接有活动丝杆402，活动丝杆402的外周壁螺纹连接有丝杆套403，丝杆套403的外周壁铰接相连有多个连杆404，多个连杆404的端部铰接相连有ppr管405，ppr管405的端部设置有传感器406，监测箱1内开设有空腔101，空腔101的内周壁设置有电路板102，空腔101的开口处设置有密封盖板103，内腔4开设于分层块3内，并在内腔4的内周壁设置限位块401，且限位块401的中间设置活动丝杆402，然后在限位块401及内腔4的作用下，能够使活动丝杆402于内腔4内无法进行上下移动，但能够进行转动，而在其进行转动后，由于活动丝杆402的外周壁以螺纹关系与丝杆套403进行连接，而丝杆套403则与连杆404铰接相连，同时连杆404的端部可ppr管405进行连接，由此则能够通过活动丝杆402的转动改变连杆404分别与活动丝杆402及ppr管405的交叉角度，并以此能够让ppr管405进行移动而使其端部位置从分层块401内露出，即用户在将装置埋设于冻土区内后，可使ppr管405内所连接的传感器406能够与冻土进行接触，然后由传感器对冻土的情况进行相应的感应，所以通过设置有活动丝杆402，能够在活动丝杆402进行转动后，改变传感器406于分层块3内所处的位置，并能够控制其缩回分层块3内或者从分层块3内露出而与冻土接触，以使其能够对冻土的情况进行相应的感应，达到对冻土融沉情况进行监测的效果。

本实施例中，如图1、图2、图3和图5所示，为了进一步提升装置的联动性能，分层块3两端开设有多个缓冲槽301，多个缓冲槽301的内周壁滑动连接有工型连接杆302，两个相邻的分层块3通过工型连接杆302进行连接，缓冲槽301开设于分层块3的两端，并在缓冲槽301内设置有可滑动的工型连接杆302，然后由工型连接杆302将相邻的两个分层块3进行连接，并基于工型连接杆302可在缓冲槽301内进行滑动的作用下，使两个分层块3的间距可自由变动，以使用户在将多个分层块3分别埋设于冻土区的不同深度后，可根据冻土的沉降变化跟着进行变动，从而能够使其能够对此进行监测。

本实施例中，如图1、图2、图3和图5所示，为了进一步提升装置的连接性能，沉降块2内开设有空腔，空腔的内周壁固定连接有伺服电机201，伺服电机201的输出轴端部固定连接有转动丝杆202，转动丝杆202的端部固定连接有方形卡块203，活动丝杆402的其中一端固定连接有连接块5，连接块5内开设有方形卡槽501，方形卡槽501与方形卡块203相适配，空腔开设于沉降块2内，并在空腔2的内周壁设置有伺服电机201，且伺服电机201的输出轴端部与转动丝杆202连接，然后在伺服电机201进行运转后，能够带动转动丝杆202进行转动，之后由于转动丝杆202的端部设置有方形卡块203，而活动丝杆402的其中一端则设置有连接块5，同时连接块5内开设方形卡槽501，且方形卡槽501与方形卡块203相适配，由此则能够在相邻的两个分层块3相互抵触以使方形卡块203与方形卡槽501相互卡接时，能够由转动丝杆202连带着活动丝杆402一起进行转动，从而能够以此方式间接地改变传感器406所处位置。

包括以下步骤：

步骤S1、将一个孔内所需要的传感器406按照设计好的间距串联到一根三芯屏蔽线上；

步骤S2、用电锯把ppr管405对半平分切开，然后用电钻在切好的一个一半ppr管405内，按照监测的设计方案钻出满足监测要求数量和间距的并且能够使传感器406漏出管外的小孔：

步骤S3、把连接好传感器406的三芯屏蔽线放在钻好孔的半ppr管405内，接着把传感器406都塞入到相对应的孔内，并且要把传感器406的感应头漏出管外，然后用胶固定好传感器406；

步骤S4、分别用小刷子往两半ppr管405的切口处抹刷SBS胶，把两半ppr管405合拢，接着用胶带把ppr管405缠起来，在用热熔胶对切口的合缝处进行补缝处理，然后在用小刷子对合缝处抹刷SBS胶，最后从管孔底注射发泡剂，当发泡剂将整个管内的空间都充满时停止注射；

步骤S5、把做好的传感器406连接到采集系统自主开发的电路板上，对采集数据电路板102进行调试以确保每一个传感器406都能正常工作；

步骤S6、把电路板102放入自制的测温实验箱内，周围用红砖进行垒砌，外表面用水泥砂浆进行抹面，对监测箱1进行防水保护。

本发明的具体工作过程如下：

(1)将多个分层块3连接

首先，通过方形卡块203与方形卡槽501的卡接作用，使相邻的两个分层块3能够得到连接，并以此方式能够将多个分层块3依次进行连接；

(2)以电能驱动伺服电机201进行运转

然后以电能驱动伺服电机201进行运转，以使其能够通过转动丝杆202带动活动丝杆402进行转动，由此则能够改变传感器406所处位置。

(3)将多个分层块3分开埋设

之后再将多个分层块3分开，并调整相邻的两个分层块3的间距并埋设于所需监测的冻土区内，以使分层块3能够随着冻土的沉降变化而进行相应的变动。

(4)由传感器406对冻融变化进行监测

最后在传感器406与冻土接触的过程中检测其数据，并以此达到对冻融变化进行监测的效果。

综上所述：本发明的有益效果具体体现在，该装置在现有的基础上进行改进，该冻融沉降的监测装置和方法效果更好，内腔4开设于分层块3内，并在内腔4的内周壁设置限位块401，且限位块401的中间设置活动丝杆402，然后在限位块401及内腔4的作用下，能够使活动丝杆402于内腔4内无法进行上下移动，但能够进行转动，而在其进行转动后，由于活动丝杆402的外周壁以螺纹关系与丝杆套403进行连接，而丝杆套403则与连杆404铰接相连，同时连杆404的端部可ppr管405进行连接，由此则能够通过活动丝杆402的转动改变连杆404分别与活动丝杆402及ppr管405的交叉角度，并以此能够让ppr管405进行移动而使其端部位置从分层块401内露出，即用户在将装置埋设于冻土区内后，可使ppr管405内所连接的传感器406能够与冻土进行接触，然后由传感器对冻土的情况进行相应的感应，所以通过设置有活动丝杆402，能够在活动丝杆402进行转动后，改变传感器406于分层块3内所处的位置，并能够控制其缩回分层块3内或者从分层块3内露出而与冻土接触，以使其能够对冻土的情况进行相应的感应，达到对冻土融沉情况进行监测的效果；

该装置在使用时，缓冲槽301开设于分层块3的两端，并在缓冲槽301内设置有可滑动的工型连接杆302，然后由工型连接杆302将相邻的两个分层块3进行连接，并基于工型连接杆302可在缓冲槽301内进行滑动的作用下，使两个分层块3的间距可自由变动，以使用户在将多个分层块3分别埋设于冻土区的不同深度后，可根据冻土的沉降变化跟着进行变动，从而能够使其能够对此进行监测；

该装置在使用时，空腔开设于沉降块2内，并在空腔2的内周壁设置有伺服电机201，且伺服电机201的输出轴端部与转动丝杆202连接，然后在伺服电机201进行运转后，能够带动转动丝杆202进行转动，之后由于转动丝杆202的端部设置有方形卡块203，而活动丝杆402的其中一端则设置有连接块5，同时连接块5内开设方形卡槽501，且方形卡槽501与方形卡块203相适配，由此则能够在相邻的两个分层块3相互抵触以使方形卡块203与方形卡槽501相互卡接时，能够由转动丝杆202连带着活动丝杆402一起进行转动，从而能够以此方式间接地改变传感器406所处位置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (9)

1.一种冻融沉降的监测装置，其特征在于，包括监测箱(1)及多个分层块(3)，监测箱(1)的底部固定连接有沉降块(2)，多个所述分层块(3)位于所述沉降块(2)的底部并由上往下依次进行排列，多个所述分层块(3)内均开设有内腔(4)，所述内腔(4)的内周壁转动连接有限位块(401)，所述限位块(401)的中间固定连接有活动丝杆(402)，所述活动丝杆(402)的外周壁螺纹连接有丝杆套(403)，所述丝杆套(403)的外周壁铰接相连有多个连杆(404)。

2.根据权利要求1所述的一种冻融沉降的监测装置，其特征在于，多个所述连杆(404)的端部铰接相连有ppr管(405)，所述ppr管(405)的端部设置有传感器(406)。

3.根据权利要求1所述的一种冻融沉降的监测装置，其特征在于，所述监测箱(1)内开设有空腔(101)，所述空腔(101)的内周壁设置有电路板(102)。

4.根据权利要求3所述的一种冻融沉降的监测装置，其特征在于，所述空腔(101)的开口处设置有密封盖板(103)。

5.根据权利要求1所述的一种冻融沉降的监测装置，其特征在于，所述分层块(3)两端开设有多个缓冲槽(301)，多个缓冲槽(301)的内周壁滑动连接有工型连接杆(302)，两个相邻的所述分层块(3)通过所述工型连接杆(302)进行连接。

6.根据权利要求1所述的一种冻融沉降的监测装置，其特征在于，所述沉降块(2)内开设有空腔，所述空腔的内周壁固定连接有伺服电机(201)。

7.根据权利要求6所述的一种冻融沉降的监测装置，其特征在于，所述伺服电机(201)的输出轴端部固定连接有转动丝杆(202)，所述转动丝杆(202)的端部固定连接有方形卡块(203)。

8.根据权利要求7所述的一种冻融沉降的监测装置，其特征在于，所述活动丝杆(402)的其中一端固定连接有连接块(5)，所述连接块(5)内开设有方形卡槽(501)，所述方形卡槽(501)与所述方形卡块(203)相适配。

9.一种冻融沉降的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、将一个孔内所需要的传感器(406)按照设计好的间距串联到一根三芯屏蔽线上；

步骤S2、用电锯把ppr管(405)对半平分切开，然后用电钻在切好的一个一半ppr管(405)内，按照监测的设计方案钻出满足监测要求数量和间距的并且能够使传感器(406)漏出管外的小孔：

步骤S3、把连接好传感器(406)的三芯屏蔽线放在钻好孔的半ppr管(405)内，接着把传感器(406)都塞入到相对应的孔内，并且要把传感器(406)的感应头漏出管外，然后用胶固定好传感器(406)；

步骤S4、分别用小刷子往两半ppr管(405)的切口处抹刷SBS胶，把两半ppr管(405)合拢，接着用胶带把ppr管(405)缠起来，在用热熔胶对切口的合缝处进行补缝处理，然后在用小刷子对合缝处抹刷SBS胶，最后从管孔底注射发泡剂，当发泡剂将整个管内的空间都充满时停止注射；

步骤S5、把做好的传感器(406)连接到采集系统自主开发的电路板上，对采集数据电路板(102)进行调试以确保每一个传感器(406)都能正常工作；

步骤S6、把电路板(102)放入自制的测温实验箱内，周围用红砖进行垒砌，外表面用水泥砂浆进行抹面，对监测箱(1)进行防水保护。

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