CN117948938A - 一种沉降监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沉降监测装置，属于沉降监测技术领域，能够解决现有沉降监测装置使用不便、适用场景范围较小的问题。所述装置包括：多个监测单元，分别设置在待监测区域的多个监测点上；通液管，一端分别与多个监测单元连通，另一端具有开口，开口的设置高程高于监测单元的安装高程；监测单元和通液管内填充有液体；监测单元用于测量监测单元内部的液体压强；测量模块，设置在通液管内靠近开口的一端，且浸入液体中，用于测量其所在位置的液体压强；处理模块，用于根据监测单元内部的液体压强、测量模块所在位置的液体压强和测量模块的高程得到监测点的沉降信息。本发明用于沉降监测。

Description

一种沉降监测装置

技术领域

本发明涉及一种沉降监测装置，属于沉降监测技术领域。

背景技术

众所周知，对于水利、市政、公路等工程领域，建筑物及基础的沉降监测是必不可少的。目前的监测方法通常需要监测人员采用全站仪、水准仪等测绘工具进行现场实地测量，或采用静力水准、水管式沉降仪、电磁沉降环等传感器设备对待监测点进行沉降观测。但人工实地测量存在费时、费力且受天气影响较大的缺陷，传感器观测存在适用场景单一、监测范围较小的缺陷。因此，有必要发明一种省时省力、适用于多种复杂场景的沉降监测装置。

发明内容

本发明提供了一种沉降监测装置，能够解决现有沉降监测装置使用不便、适用场景范围较小的问题。

本发明提供了一种沉降监测装置，所述装置包括：

多个监测单元，分别设置在待监测区域的多个监测点上；

通液管，一端分别与多个监测单元连通，另一端具有开口，所述开口的设置高程高于所述监测单元的安装高程；所述监测单元和所述通液管内填充有液体；所述监测单元用于测量所述监测单元内部的液体压强；

测量模块，设置在所述通液管内靠近所述开口的一端，且浸入所述液体中，用于测量其所在位置的液体压强；

处理模块，用于根据所述监测单元内部的液体压强、所述测量模块所在位置的液体压强和所述测量模块的高程得到所述监测点的沉降信息。

可选地，所述监测单元还用于测量所述监测单元内部的液体温度；所述测量模块还用于测量其所在位置的液体温度；

所述处理模块用于根据所述监测单元内部的液体压强和液体温度、所述测量模块所在位置的液体压强和液体温度、所述测量模块的高程得到所述监测点的沉降信息。

可选地，所述监测单元包括：

壳体，其内腔与所述通液管连通，其顶部开设有排气孔；所述内腔中填充有所述液体；

监测仪器，设置在所述内腔中，用于测量其安装高程处的液体压强和液体温度；

排气阀，设置在所述排气孔上，用于封闭或打开所述排气孔。

可选地，所述监测单元还包括：

保护罩，罩设在所述壳体上。

可选地，所述通液管包括连接总管和连接在所述连接总管一端的多个连接子管；

所述连接总管远离所述连接子管的一端具有所述开口；

多个所述监测单元分布在多个所述连接子管上，且每个所述连接子管上至少连接有一个所述监测单元。

可选地，所述装置还包括：

供电单元，分别与所述测量模块和多个监测单元连接，用于向所述测量模块和多个监测单元供电。

可选地，所述供电单元包括：

集线箱；

电源，设置在所述集线箱内；

多条电缆，其一端与所述电源连接，另一端分别与所述测量模块和多个监测单元连接；所述电源用于通过所述电缆向所述测量模块和多个监测单元供电。

可选地，所述处理模块包括：

高程计算单元，用于根据所述监测单元内部的液体压强、所述测量模块所在位置的液体压强和所述测量模块的高程计算所述监测单元的高程；

沉降计算单元，用于根据所述监测单元的高程计算所述监测点的高程，并根据所述监测点的高程得到所述监测点的沉降信息。

可选地，所述处理模块包括：

高程计算单元，用于根据所述监测单元内部的液体压强和液体温度、所述测量模块所在位置的液体压强和液体温度、所述测量模块的高程计算所述监测单元的高程；

沉降计算单元，用于根据所述监测单元的高程计算所述监测点的高程，并根据所述监测点的高程得到所述监测点的沉降信息。

可选地，所述装置还包括：

保护套，套设在所述通液管上。

可选地，所述保护套为带伸缩节的钢套管。

本发明能产生的有益效果包括：

本发明可以根据待监测区域的面积和地形布设多个监测单元，通过测量各监测单元内部的液体压强、测量模块所在位置的液体压强和测量模块的高程，再通过处理模块计算即可得到各监测点的沉降信息，从而实现同时对多个监测点进行沉降监测，有效提高沉降监测效率。本发明可以根据监测场景灵活布设监测单元和通液管，能够适应水电站大坝内、外部沉降监测，开挖边坡沉降监测，堆渣场内、外部沉降监测，市政基坑周边沉降监测，铁路、公路、桥梁的沉降监测等多种复杂的沉降监测场景，适用场景广泛，提高了监测的灵活性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的沉降监测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的监测单元的结构示意图。

附图标记：

1、监测单元；11、壳体；12、监测仪器；13、内腔；14、排气孔；15、排气阀；16、保护罩；2、通液管；21、开口；3、测量模块，31、刻度尺；4、液面；5、水管接头；6、集线箱；7、电缆；8、观测房。

具体实施方式

下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。

本发明实施例提供了一种沉降监测装置，如图1所示，该装置包括：

多个监测单元1，分别设置在待监测区域的多个监测点上；

通液管2，一端分别与多个监测单元1连通，另一端具有开口21，开口21的设置高程高于监测单元1的安装高程；监测单元1和通液管2内填充有液体；监测单元1用于测量监测单元1内部的液体压强；

测量模块3，设置在通液管2内靠近开口21的一端，且浸入液体中，用于测量其所在位置的液体压强；

处理模块，用于根据监测单元1内部的液体压强、测量模块3所在位置的液体压强和测量模块3的高程得到监测点的沉降信息。

具体地，本实施例基于液体压强原理，即敞口管道内各点的液体压强与作用于管道内自由液面的外部压强，以及该点与管道内自由液面的高差有关。

该原理的物理模型可以表达为：

（1）

式（1）中：为敞口管道内某一点的液体压强；/>为作用于管道内自由液面的外部压强；/>为液体密度；/>为重量加速度；/>为该点与管道内自由液面之间的高差。

在本实施例中，由于多个监测单元1与通液管2连通，且通液管2开口21的设置高程高于多个监测单元1的安装高程，因此，当向通液管2内填充液体时，液体可以通过通液管2流入多个监测单元1内。当液体充满所有监测单元1后，继续填充液体，可使通液管2内的液面4持续上升并接近通液管2的开口21处，使得液面4高于所有监测单元1。

此时，根据上述液体压强原理，可以得到监测单元1内部的液体压强为：

（2）

式（2）中，为监测单元1内部的液体压强；/>为作用于通液管2内液面4的大气压强；/>为液体密度；/>为重量加速度；/>为监测单元1与通液管2内液面4之间的高差。

根据上述原理，可以得到测量模块3所在位置的液体压强为：

（3）

式（3）中： 为测量模块3所在位置的液体压强；/>为作用于通液管2内液面4的大气压强；/>为液体密度；/>为重量加速度；/>为测量模块3与通液管2内液面4之间的高差。

根据式（2）和式（3），可以推导出：

（4）

式（4）中：为监测单元1内部的液体压强与测量模块3所在位置的液体压强的差值；/>为监测单元1内部的液体压强；/>为测量模块3所在位置的液体压强；/>为作用于通液管2内液面4的大气压强；/>为液体密度；/>为重量加速度；/>为监测单元1与通液管2内液面4之间的高差；/>为测量模块3与通液管2内液面4之间的高差；/>为监测单元1的高程；/>为测量模块3的高程。其中，测量模块3的高程/>可在本装置安装时采用水准测量等方式测定，并在后续监测时保持稳定，即/>为定值。

具体地，本实施例还设置了观测房8，并将通液管2的开口21和测量模块3均设置在观测房8内，便于工作人员对测量模块3的高程进行观测和复核，并对装置进行调试。

从式（4）可以看出，该式消除了大气压强对该装置的影响，在、/>、/>均为定值的情况下，/>只与监测单元1的高程/>有关。本发明通过测量各监测单元1内部的液体压强/>和测量模块3所在位置的液体压强/>，可以计算得到/>；再根据式（4），即可计算得到各监测单元1的高程/>；然后，根据各监测单元1与对应的监测点之间的高差，可以计算得到各监测点的实际高程；最后，将各监测点的实际高程与其在监测前的初始高程进行对比分析，即可计算得到各监测点的沉降信息。

实际应用中，液体密度会随温度的变化而变化，考虑温度对液体密度/>的影响，可以将式（4）转化为：

（5）

式（5）中：为监测单元1内部的液体压强与测量模块3所在位置的液体压强的差值；/>为监测单元1内部的液体压强；/>为测量模块3所在位置的液体压强；/>为液体温度为t时的液体密度，/>可以是随液体温度t变化的函数，该函数可以根据填充液体的特性确定；/>为重量加速度；/>为监测单元1的高程；/>为测量模块3的高程。

考虑温度对液体密度的影响，为精确测量监测点的沉降信息，本发明的监测单元1还可以用于测量监测单元1内部的液体温度；测量模块3还可以用于测量其所在位置的液体温度；相应地，处理模块还可以根据监测单元1内部的液体压强和液体温度、测量模块3所在位置的液体压强和液体温度、以及测量模块3的高程得到监测点的沉降信息。

当监测单元1内部的液体温度和测量模块3所在位置的液体温度一致或温差较小时，为定值，处理模块可以根据式（5）计算得到各监测单元1的高程/>，进而得到各监测点的沉降信息。

当监测单元1内部的液体温度和测量模块3所在位置的液体温差较大时，比如在本实施例中，测量模块3设置在观测房8内，而监测单元1设置在观测房8外，使得连通测量模块3和监测单元1的通液管2同时处于不同的环境中，当室内外温差较大时，通液管2内部不同段的液体温度明显不一致，导致通液管2内部不同段的液体压强差异较大，此时可以对通液管2内部的液体压强进行分段分析。

具体地，以本实例为例，按照通液管2与观测房8的相对位置，将通液管2分为位于观测房8以内的内段和位于观测房8之外的外段，内段和外段的连接处为通液管的分段点，可以将式（5）转化为：

（6）

式（6）中，为监测单元1内部的液体压强与测量模块3所在位置的液体压强的差值；/>为监测单元1内部的液体压强；/>为测量模块3所在位置的液体压强；t1为通液管2外段中的液体温度；t3为通液管2内段中的液体温度；/>为液体温度为t1时的液体密度；/>为液体温度为t3时的液体密度，/>和/>可以是随液体温度变化的函数，这两个函数可以根据填充液体的特性确定；/>为重量加速度；/>为监测单元1的高程/>与分段点的高程之差；/>为液面4的高程与分段点的高程之间的差值；/>为液面4的高程与测量模块3的高程/>之间的差值；/>为分段点的高程。其中，分段点的高程/>可在安装本装置时采用水准测量等方式测定，并在后续监测时保持稳定，即/>为定值。

从式（6）可以看出，在、/>和/>均为定值的情况下，△P与/>、/>和/>有关。本发明通过测量各监测单元1内部的液体压强/>和测量模块3所在位置的液体压强/>，可以计算得到/>；通过测量通液管2外段和内段中的液体温度t1和t3，根据液体密度与液体温度的函数关系，可以计算得到通液管2外段和内段中的液体压强/>和/>；再根据式（6），即可计算得到各监测单元1的高程/>；进而得到各监测点的沉降信息。

值得注意地是，由于本装置可以根据待监测区域的地形和监测需求灵活布设多个监测单元1，且各监测单元1与通液管2之间的连接简单可靠，因此本装置相较于现有技术具有适用场景多、监测范围广、监测灵活性高等优势，能够较好地满足水电站大坝内、外部沉降监测，开挖边坡沉降监测，堆渣场内、外部沉降监测，市政基坑周边沉降监测，铁路、公路、桥梁的沉降监测等多种复杂场景的沉降监测需求。其次，本装置通过布设多个监测单元1，可以对监测区域内的若干监测点进行批量和同时监测，这样可以实现沉降信息的同步采集，有利于减小监测误差，同时相较于人工实地测量，有效提高了监测效率，节省了人力物力。再者，本装置中的通液管2分别与多个监测单元1连接，而各监测单元1之间互不影响，因此当部分监测单元1发生故障时，不会对其他监测单元1的工作造成影响，只需断开故障监测单元1的相关管线，即可对故障监测单元1进行维修或更换，使得本装置相较于现有技术具有更高地可靠性和实用性。

具体地，如图2所示，监测单元1可以包括：

壳体11，其内腔13与通液管2连通，其顶部开设有排气孔14；内腔13中填充有液体；

监测仪器12，设置在内腔13中，用于测量其安装高程处的液体压强和液体温度；示例地，监测仪器12可以是能够测量液体压强和液体温度的渗压计。

排气阀15，设置在排气孔14上，用于封闭或打开排气孔14。

本实施例在安装时需要打开排气阀15，当液体通过通液管2流入壳体11时，液体可以将壳体11内的空气通过排气孔14挤出壳体11外，当壳体11内的空气排空后，封闭排气孔14，壳体11内的空腔即被液体填充满，可以满足液体压强的测量条件。

具体地，监测单元1还可以包括：

保护罩16，罩设在壳体11上。

本实施例的保护罩16具有一定的刚性，当监测单元1需要安装在地下时，保护罩16可以承受较大的压力，避免壳体11发生变形而损坏。

具体地，如图1所示，通液管2包括连接总管和连接在连接总管一端的多个连接子管；

连接总管远离连接子管的一端具有开口21；

多个监测单元1分布在多个连接子管上，且每个连接子管上至少连接有一个监测单元1。

在本实施例中，还可以根据待监测区域的地形，在连接子管上再连接下一级管道。多个连接子管与连接总管之间，连接子管与下一级管道之间均通过水管接头5连接。

具体地，本实施例中的测量模块3的一侧设置有刻度尺31，便于对测量模块3的高程是否发生变化进行人工核查。

具体地，该装置还可以包括：

供电单元，分别与测量模块3和多个监测单元1连接，用于向测量模块3和多个监测单元1供电。

具体地，供电单元可以包括：

集线箱6，设置在观测房8内；

电源，设置在集线箱6内；

多条电缆7，其一端与电源连接，另一端分别与测量模块3和多个监测单元1连接；电源用于通过电缆7向测量模块3和多个监测单元1供电。

在本实施例中，由于电缆7和通液管2均需要与多个监测单元1连接，因此在安装时，可以将电缆7和通液管2固定在一起，避免管线相互缠绕干涉。

具体地，该装置还可以包括：

保护套，套设在通液管2上。

当电缆7和通液管2固定在一起时，保护套可以套设在通液管2和电缆7上。

具体地，保护套为带伸缩节的钢套管，便于根据线地形和线缆布设情况进行伸缩和弯曲，以有效保护线缆。

具体地，处理模块可以包括：

高程计算单元，用于根据监测单元1内部的液体压强、测量模块3所在位置的液体压强和测量模块3的高程计算监测单元1的高程；

沉降计算单元，用于根据监测单元1的高程计算监测点的高程，并根据监测点的高程得到监测点的沉降信息。

实际应用中，考虑温度对液体密度的影响，为精确测量监测点的沉降信息，处理模块可以包括：

高程计算单元，用于根据监测单元1内部的液体压强和液体温度、测量模块3所在位置的液体压强和液体温度、测量模块3的高程计算监测单元1的高程；

沉降计算单元，用于根据监测单元1的高程计算监测点的高程，并根据监测点的高程得到监测点的沉降信息。

具体地，当通液管2内各段的液体温度一致或温差较小时，高程计算单元根据式（5）计算得到监测单元1的高程；当通液管2内各段的液体温差较大时，高程计算单元根据式（7）计算得到监测单元1的高程。

在本实施例中，根据监测单元1的具体结构，监测单元1的高程实际为监测单元1中的监测仪器12的高程。由于监测单元1是安装在监测点之上的，因此监测单元1中的监测仪器12与监测点的实际位置之间具有一定的高差，该高差即为监测仪器12的安装高度，由监测单元1的结构尺寸决定，为一个常数。

具体地，沉降计算单元将通过上述计算得到的监测仪器12的高程减去监测仪器12的安装高度，即可求得监测点的高程；进而将监测点的高程与监测点在监测前的初始高程进行对比，即可确定监测点的沉降信息。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种沉降监测装置，其特征在于，所述装置包括：

多个监测单元，分别设置在待监测区域的多个监测点上；

通液管，一端分别与多个监测单元连通，另一端具有开口，所述开口的设置高程高于所述监测单元的安装高程；所述监测单元和所述通液管内填充有液体；所述监测单元用于测量所述监测单元内部的液体压强；

测量模块，设置在所述通液管内靠近所述开口的一端，且浸入所述液体中，用于测量其所在位置的液体压强；

处理模块，用于根据所述监测单元内部的液体压强、所述测量模块所在位置的液体压强和所述测量模块的高程得到所述监测点的沉降信息。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述监测单元还用于测量所述监测单元内部的液体温度；所述测量模块还用于测量其所在位置的液体温度；

所述处理模块用于根据所述监测单元内部的液体压强和液体温度、所述测量模块所在位置的液体压强和液体温度、所述测量模块的高程得到所述监测点的沉降信息。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述监测单元包括：

壳体，其内腔与所述通液管连通，其顶部开设有排气孔；所述内腔中填充有所述液体；

监测仪器，设置在所述内腔中，用于测量其安装高程处的液体压强和液体温度；

排气阀，设置在所述排气孔上，用于封闭或打开所述排气孔。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述监测单元还包括：

保护罩，罩设在所述壳体上。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述通液管包括连接总管和连接在所述连接总管一端的多个连接子管；

所述连接总管远离所述连接子管的一端具有所述开口；

多个所述监测单元分布在多个所述连接子管上，且每个所述连接子管上至少连接有一个所述监测单元。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

供电单元，分别与所述测量模块和多个监测单元连接，用于向所述测量模块和多个监测单元供电。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述供电单元包括：

集线箱；

电源，设置在所述集线箱内；

多条电缆，其一端与所述电源连接，另一端分别与所述测量模块和多个监测单元连接；所述电源用于通过所述电缆向所述测量模块和多个监测单元供电。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理模块包括：

高程计算单元，用于根据所述监测单元内部的液体压强、所述测量模块所在位置的液体压强和所述测量模块的高程计算所述监测单元的高程；

沉降计算单元，用于根据所述监测单元的高程计算所述监测点的高程，并根据所述监测点的高程得到所述监测点的沉降信息。

9.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述处理模块包括：

高程计算单元，用于根据所述监测单元内部的液体压强和液体温度、所述测量模块所在位置的液体压强和液体温度、所述测量模块的高程计算所述监测单元的高程；

沉降计算单元，用于根据所述监测单元的高程计算所述监测点的高程，并根据所述监测点的高程得到所述监测点的沉降信息。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

保护套，套设在所述通液管上。