CN117419655A - 一种可伸缩地层变形监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可伸缩地层变形监测装置，应用在地层变形监测装置技术领域，其技术方案要点是：包括光纤套管主体，所述光纤套管主体一端固定安装有下沉桩头；所述光纤套管主体内部布设一根用于监测地层沉降应力变化的全分布式应力光纤，位于所述光纤套管主体内部的所述全分布式应力光纤为测量段光纤，所述全分布式应力光纤远离所述下沉桩头的一端预留设有非测量段光纤，所述光纤套管主体沿着轴线方向的两端固定设有用于固定所述测量段光纤首尾两端的锚固件，所述测量段光纤上对称设有一组用于监测所述光纤套管主体应力变化的监测定点；具有的技术效果是：大大延长了监测装置的使用寿命，更换过程简单。

Description

一种可伸缩地层变形监测装置

技术领域

本发明涉及地层变形监测装置技术领域，特别涉及一种可伸缩地层变形监测装置。

背景技术

光纤光栅自问世以来，已广泛应用于光纤传感领域，由于光纤光栅传感器具有抗电磁干扰、抗腐蚀、电绝缘、高灵敏度和低成本以及和普通光纤的良好的兼容性等优点，所以越来越受人们的关注，由于光纤光栅的谐振波长对应力应变和温度的变化敏感，所以主要用于温度和应力应变的测量。

目前，公告号为CN205861260U的中国实用新型公开了一种用于地应力在线监测的传感器，包括光缆、承压管和光纤应变感应体，所述光纤应变感应体为一端对应变敏感的光纤，所述光纤应变感应体的两端固定在承压管内壁上，所述光纤应变感应体的两端分别熔接于一根所述光缆上，所述光缆伸出于所述承压管外部。

现有的实用新型通过将光纤应变感应体两端固定在承压管内壁上从而实现地应力的在线监测，但是在长期使用后由于光纤变形会影响监测的精度，此时需要重新进行熔接，更换过程复杂繁琐，难以保证初始的监测精度，具有改进的必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种可伸缩地层变形监测装置，其优点是解决了传统传感器长期监测底层变形精确度降低，且内部结构易受到地层复杂应力破坏和潮湿空气中传感器内部凝结和电磁干扰的问题，大大延长了监测装置的使用寿命，更换过程简单。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种可伸缩地层变形监测装置，包括光纤套管主体，所述光纤套管主体一端固定安装有下沉桩头；所述光纤套管主体内部布设一根用于监测地层沉降应力变化的全分布式应力光纤，位于所述光纤套管主体内部的所述全分布式应力光纤为测量段光纤，所述全分布式应力光纤远离所述下沉桩头的一端预留设有非测量段光纤，所述光纤套管主体沿着轴线方向的两端固定设有用于固定所述测量段光纤首尾两端的锚固件，所述测量段光纤上对称设有一组用于监测所述光纤套管主体应力变化的监测定点。

本发明进一步设置为：所述光纤套管主体内开设有用于容纳布设所述全分布式应力光纤的布设孔，所述光纤套管主体在所述布设孔两端开设有用于安装固定所述锚固件的螺纹安装孔，所述锚固件基于螺纹锁紧固定安装于所述光纤套管主体上。

本发明进一步设置为：所述锚固件中心开设有锚固孔，所述锚固孔内布设具有压缩性的弹性胶质材料从而压缩所述锚固孔向中心紧实用于将所述全分布式应力光纤压紧固定在所述锚固孔内。

本发明进一步设置为：所述光纤套管主体以及所述锚固件为圆柱状构造，所述全分布式应力光纤、所述锚固件以及所述光纤套管主体同轴心设置。

本发明进一步设置为：所述光纤套管主体上沿着圆周方向均匀固定设有若干伸缩插接固定组件，所述伸缩插接固定组件包括基于螺栓锁紧固定连接于所述光纤套管主体上的固定座以及若干沿着垂直于所述光纤套管主体中心平面滑动连接于所述固定座上的螺纹伸缩杆，所述固定座以及所述光纤套管主体上沿着所述光纤套管主体的轴心线方向均匀开设有若干安装孔，所述安装孔内固定连接有若干与所述螺纹伸缩杆配合的螺纹套，所述螺纹伸缩杆端部可拆卸固定连接有插接杆，所述固定座内设有用于带动所述螺纹伸缩杆旋转从而带动所述插接杆伸缩的调节组件。

本发明进一步设置为：所述调节组件包括同轴心固定连接于所述螺纹伸缩杆上的调节齿轮以及沿着所述光纤套管主体的轴心线方向滑动连接于所述固定座内，用于驱动所述调节齿轮旋转的调节齿条，所述固定座内开设有供所述调节齿条滑移的滑移槽，所述调节齿条上固定连接有用于带动所述调节齿条在所述滑移槽内滑移的固定杆。

本发明进一步设置为：沿着所述光纤套管主体的安装方向自上到下所述插接杆的长度逐渐增加。

本发明进一步设置为：所述光纤套管主体、所述锚固件以及所述下沉桩头使用不锈钢材质制成。

本发明进一步设置为：所述非测量段光纤长度大于所述测量段光纤长度。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1. 在光纤套管主体两端通过螺纹锁紧连接锚固件，锚固件固定测量段光纤的首尾两端，同时设置非测量段光纤，当长期监测地层变形后，使用非测量段光纤替换测量段光纤即可，更换完成后使用锚固件实现两端固定并将锚固件锁紧固定在光纤套管主体两端即可完成测量段光纤的更换，更换过程简单，避免光纤套管主体内部结构以及测量段光纤易受到地层复杂应力破坏和潮湿空气中传感器内部凝结和电磁干扰的问题，从而影响监测精确度，提升了监测装置的使用寿命，同时设置非测量段光纤长度大于测量段光纤的长度从而能够实现测量段光纤的整体替换，提升使用寿命；

2.伸缩插接固定组件通过在固定座内设置螺纹伸缩杆并在螺纹伸缩杆端部可拆卸设置插接杆，同时在固定座以及光纤套管主体上均设置安装孔并在安装孔内设置螺纹套，在进行现场布设时，首先在地层主体上方打孔，将地层变形监测装置直埋入孔中，在向直埋孔倒入回填沙土，使地层变形监测装置与周围土体耦合，但是回填沙土的密实性不如原地层从而有可能导致地层变化监测精度受限，通过在光纤套管主体上沿着圆周方向设置若干伸缩插接固定组件，当将地层变形监测装置放入直埋孔内后，通过拉动调节齿条滑移从而带动调节齿轮旋转从而带动螺纹伸缩杆旋转，由于螺纹伸缩杆与螺纹套配合，螺纹伸缩杆旋转同时向外伸出从而带动插接杆插入到原地层内，从而提升了光纤套管主体与地层主体之间的耦合性，原地层的变形能够直接通过螺纹伸缩杆传递到光纤套管主体上从而间接带动全分布式应力光纤变形实现地层变形准确监测，避免避免回填沙土未压实而影响地层变形监测的准确性，同时在固定座以及光纤套管主体上设置安装孔并在安装孔内设置与螺纹伸缩杆配合的螺纹套，由于地层变形会导致固定座以及光纤套管主体一同变形从而导致安装孔变形，设置螺纹套能够在避免安装孔变形时不影响螺纹伸缩杆的正常伸缩，同时也能够实现将地层的变化准确传递到光纤套管主体上，从而提升了地层变形监测的准确性。

附图说明

图1是本实施例的监测装置的安装结构剖视图；

图2是图1中A部分的结构放大示意图。

附图标记：1、光纤套管主体；11、布设孔；12、螺纹安装孔；2、下沉桩头；3、全分布式应力光纤；31、测量段光纤；32、非测量段光纤；4、锚固件；41、锚固孔；5、监测定点；6、地层主体；61、回填沙土；62、原地层；7、伸缩插接固定组件；71、固定座；72、螺纹伸缩杆；73、安装孔；74、螺纹套；75、插接杆；76、调节组件；77、调节齿轮；78、调节齿条；79、滑移槽；710、固定杆。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例：

参考图1和图2，一种可伸缩地层变形监测装置，包括呈圆柱状构造的光纤套管主体1，在光纤套管主体1一端同轴心固定安装有下沉桩头2，下沉光纤呈圆锥形构造从而便于进行安装，在套管主体内部布设一根用于监测地层沉降应力变化的全分布式应力光纤3，位于光纤套管主体1内部的全分布式应力光纤3为测量段光纤31，全分布式应力光纤3远离下沉桩头2的一端预留设有非测量段光纤32，在光纤套管主体1沿着轴线方向的两端固定设有用于固定测量段光纤31首尾两端的锚固件4，将全分布式光纤布设在光纤套管主体1内从而避免内部全分布式应力光纤3直埋地层受到横向应力而受损，光纤套管主体1两端的锚固件4固定了内部全分布式应力光纤3的位移，在进行现场布设时，首先在地层主体6上方打孔，将地层变形监测装置直埋入孔中，在向直埋孔倒入回填沙土61，使地层变形监测装置与周围土体耦合性更好，从而实现当地层发生沉降时底部的下沉桩头22与地层土体的沉降具有更好的耦合性，为了提高光纤套管主体1与地层主体6之间的耦合性，在光纤套管主体1上沿着圆周方向均匀固定设有若干伸缩插接固定组件7，伸缩插接固定组件7至少均匀设有3组，伸缩插接固定组件7能够实现将光纤套管主体1与原地层62之间进行固定，避免回填沙土61未压实而影响地层变形监测的准确性，当光纤套管主体11收到地层应力会发生竖向伸缩变形时，内部的全分布式光纤受光纤套管主体11伸缩发生拉伸即可有效监测地层沉降应力变化，同时布设光纤套管主体1内的全分布式应力光纤3受管体布设长度限制，当测量段光纤31应变接近量程时，可通过对光纤套管主体1首端上的锚固件4进行锚固松脱，将上方为测量段光纤31替换光纤套管主体1内的测量段光纤31从而使测量段光纤31更新，从而可实现地层变形的长期监测，提升了监测装置的使用寿命，在测量段光纤31上对称设有一组用于监测光纤套管主体1应力变化的监测定点5。在本实施例中，非测量段光纤32长度大于测量段光纤31长度，从而实现能够对测量段光纤31的整体替换，提升监测准确度，光纤套管主体1、锚固件4以及下沉桩头2使用不锈钢材质制成，从而提升耐腐蚀能力，同样也可使用铝合金材质。

参考图2，具体的，伸缩插接固定组件7包括基于螺栓锁紧固定连接在光纤套管主体1上的固定座71以及若干沿着垂直于光纤套管主体1中心平面滑动连接在固定座71上的螺纹伸缩杆72，在固定座71以及光纤套管主体1上沿着光纤套管主体1的轴心线方向均匀开设有若干安装孔73，在安装孔73内固定连接有若干与螺纹伸缩杆72配合的螺纹套74，在螺纹伸缩杆72端部可拆卸固定连接有插接杆75，插接杆75远离固定座71的一端呈尖头设置从而更加便于插入原地层62，在固定座71以及光纤套管主体1上设置安装孔73并在安装孔73内设置与螺纹伸缩杆72配合的螺纹套74，由于地层变形会导致固定座71以及光纤套管主体1一同变形从而导致安装孔73变形，设置螺纹套74能够在避免安装孔73变形时不影响螺纹伸缩杆72的正常伸缩，同时也能够实现将地层的变化准确传递到光纤套管主体1上，从而提升了地层变形监测的准确性，在固定座71内设有用于带动螺纹伸缩杆72旋转从而带动插接杆75伸缩的调节组件76，调节组件76能够带动螺纹伸缩杆72进行旋转，由于螺纹伸缩杆72与螺纹套74配合，当螺纹伸缩杆72旋转同时螺纹伸缩杆72伸缩从而带动插接杆75伸缩，沿着光纤套管主体1的安装方向自上到下插接杆75的长度逐渐增加，从而提升深部地层变形的监测精度。

参考图2，具体的，调节组件76包括同轴心固定连接在螺纹伸缩杆72上的调节齿轮77以及沿着光纤套管主体1的轴心线方向滑动连接在固定座71内，用于驱动调节齿轮77旋转的调节齿条78，在固定座71内开设有供调节齿条78滑移的滑移槽79，在调节齿条78上固定连接有用于带动调节齿条78在滑移槽79内滑移的固定杆710，通过推拉固定杆710从而带动调节齿条78在滑移槽79内进行滑移，进行现场布设时，首先在地层主体6上方打孔，将地层变形监测装置直埋入孔中，在向直埋孔倒入回填沙土61，使地层变形监测装置与周围土体耦合，但是回填沙土61的密实性不如原地层62从而有可能导致地层变化监测精度受限，通过在光纤套管主体1上沿着圆周方向设置若干伸缩插接固定组件7，当将地层变形监测装置放入直埋孔内后，通过拉动调节齿条78滑移从而带动调节齿轮77旋转从而带动螺纹伸缩杆72旋转，由于螺纹伸缩杆72与螺纹套74配合，螺纹伸缩杆72旋转同时向外伸出从而带动插接杆75插入到原地层62内，从而提升了光纤套管主体1与地层主体6之间的耦合性，原地层62的变形能够直接通过螺纹伸缩杆72传递到光纤套管主体1上从而间接带动全分布式应力光纤3变形实现地层变形准确监测，避免避免回填沙土61未压实而影响地层变形监测的准确性。

参考图1，具体的，光纤套管主体1内开设有用于容纳布设全分布式应力光纤3的布设孔11，在光纤套管主体1在布设孔11两端开设有用于安装固定锚固件4的螺纹安装孔12，锚固件4基于螺纹锁紧固定安装在光纤套管主体1上，从而提升安装便捷性。在锚固件4中心开设有锚固孔41，锚固孔41内布设具有压缩性的弹性胶质材料从而压缩锚固孔41向中心紧实用于将全分布式应力光纤3压紧固定在锚固孔41内。

参考图1和图2，具体的，光纤套管主体1以及锚固件4为圆柱状构造，全分布式应力光纤3、锚固件4以及光纤套管主体1同轴心设置，光纤套管主体1直径不小于0.2m，高度大于2m，锚固件4直径不小于0.2m，高度不小于0.3m。

使用过程简述：在进行现场布设时，首先在地层主体6上方打孔，同时将插接杆75安装固定到螺纹伸缩杆72的端部，随后将地层变形监测装置直埋入孔中，将地层变形监测装置放入直埋孔内后，通过拉动调节齿条78滑移从而带动调节齿轮77旋转从而带动螺纹伸缩杆72旋转从而带动螺纹伸缩杆72向外伸出从而带动插接杆75插入到原地层62内，随后向直埋孔倒入回填沙土61并压实，当光纤套管主体1收到地层应力会发生竖向伸缩变形时，内部的全分布式光纤受光纤套管主体1伸缩发生拉伸即可有效监测地层沉降应力变化，同时原地层62的变形能够直接通过螺纹伸缩杆72传递到光纤套管主体1上从而间接带动全分布式应力光纤3变形实现地层变形准确监测，同时布设光纤套管主体11内的全分布式应力光纤33受管体布设长度限制，当测量段光纤31应变接近量程时，通过推动调节齿条78滑移从而带动螺纹伸缩杆72缩回，随后取出地层变形监测装置后通过对光纤套管主体1首端上的锚固件4进行锚固松脱，将上方为测量段光纤31替换光纤套管主体1内的测量段光纤31从而使测量段光纤31更新，从而可实现地层变形的长期监测。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出具有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种可伸缩地层变形监测装置，包括光纤套管主体(1)，所述光纤套管主体(1)一端固定安装有下沉桩头(2)；其特征在于，所述光纤套管主体(1)内部布设一根用于监测地层沉降应力变化的全分布式应力光纤(3)，位于所述光纤套管主体(1)内部的所述全分布式应力光纤(3)为测量段光纤(31)，所述全分布式应力光纤(3)远离所述下沉桩头(2)的一端预留设有非测量段光纤(32)，所述光纤套管主体(1)沿着轴线方向的两端固定设有用于固定所述测量段光纤(31)首尾两端的锚固件(4)，所述测量段光纤(31)上对称设有一组用于监测所述光纤套管主体(1)应力变化的监测定点(5)。

2.根据权利要求1所述的一种可伸缩地层变形监测装置，其特征在于，所述光纤套管主体(1)内开设有用于容纳布设所述全分布式应力光纤(3)的布设孔(11)，所述光纤套管主体(1)在所述布设孔(11)两端开设有用于安装固定所述锚固件(4)的螺纹安装孔(12)，所述锚固件(4)基于螺纹锁紧固定安装于所述光纤套管主体(1)上。

3.根据权利要求2所述的一种可伸缩地层变形监测装置，其特征在于，所述锚固件(4)中心开设有锚固孔(41)，所述锚固孔(41)内布设具有压缩性的弹性胶质材料从而压缩所述锚固孔(41)向中心紧实用于将所述全分布式应力光纤(3)压紧固定在所述锚固孔(41)内。

4.根据权利要求1所述的一种可伸缩地层变形监测装置，其特征在于，所述光纤套管主体(1)以及所述锚固件(4)为圆柱状构造，所述全分布式应力光纤(3)、所述锚固件(4)以及所述光纤套管主体(1)同轴心设置。

5.根据权利要求4所述的一种可伸缩地层变形监测装置，其特征在于，所述光纤套管主体(1)上沿着圆周方向均匀固定设有若干伸缩插接固定组件(7)，所述伸缩插接固定组件(7)包括基于螺栓锁紧固定连接于所述光纤套管主体(1)上的固定座(71)以及若干沿着垂直于所述光纤套管主体(1)中心平面滑动连接于所述固定座(71)上的螺纹伸缩杆(72)，所述固定座(71)以及所述光纤套管主体(1)上沿着所述光纤套管主体(1)的轴心线方向均匀开设有若干安装孔(73)，所述安装孔(73)内固定连接有若干与所述螺纹伸缩杆(72)配合的螺纹套(74)，所述螺纹伸缩杆(72)端部可拆卸固定连接有插接杆(75)，所述固定座(71)内设有用于带动所述螺纹伸缩杆(72)旋转从而带动所述插接杆(75)伸缩的调节组件(76)。

6.根据权利要求5所述的一种可伸缩地层变形监测装置，其特征在于，所述调节组件(76)包括同轴心固定连接于所述螺纹伸缩杆(72)上的调节齿轮(77)以及沿着所述光纤套管主体(1)的轴心线方向滑动连接于所述固定座(71)内，用于驱动所述调节齿轮(77)旋转的调节齿条(78)，所述固定座(71)内开设有供所述调节齿条(78)滑移的滑移槽(79)，所述调节齿条(78)上固定连接有用于带动所述调节齿条(78)在所述滑移槽(79)内滑移的固定杆(710)。

7.根据权利要求5所述的一种可伸缩地层变形监测装置，其特征在于，沿着所述光纤套管主体(1)的安装方向自上到下所述插接杆(75)的长度逐渐增加。

8.根据权利要求1所述的一种可伸缩地层变形监测装置，其特征在于，所述光纤套管主体(1)、所述锚固件(4)以及所述下沉桩头(2)使用不锈钢材质制成。

9.根据权利要求1所述的一种可伸缩地层变形监测装置，其特征在于，所述非测量段光纤(32)长度大于所述测量段光纤(31)长度。