CN201449248U

CN201449248U - 一种土体裂隙发育监测仪

Info

Publication number: CN201449248U
Application number: CN2009200357333U
Authority: CN
Inventors: 龚永康; 陈亮; 张开普; 武广繁
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2009-03-18
Filing date: 2009-03-18
Publication date: 2010-05-05
Anticipated expiration: 2019-03-18

Abstract

本实用新型公开了一种土体裂隙发育监测仪，利用土体的导电性实现对岩土体裂隙发育过程的连续动态监测，包括测量探头部分和数据接收处理部分；所述的测量探头部分包含电导测量探头、水分测量探头和温度测量探头；所述的数据接收处理部分包括数据接收仪、计算机处理和裂隙发育参数反演部分。探头部分监测土体的电导值，数据接收处理部分根据得到的电导值变化关系进行反演，对裂隙发育实现监测。本实用新型的土体裂隙发育监测仪，在不扰动监测土体的情况下，在大尺度空间范围内，对土体内的裂隙发育进行连续动态的原位监测，实现裂隙在长度和深度方向发育程度的实时监测，监测结果准确可靠，操作简便。

Description

一种土体裂隙发育监测仪

技术领域

本实用新型属于岩土工程中土体监测领域，涉及一种土体裂隙发育监测仪，尤其是特别涉及通过测量土体内部电导值的变化监测土体裂隙发育的监测装置。

背景技术

对土体裂隙研究的传统方法多属于对某一时刻的裂隙进行量测观察的方法，主要包括裂隙尺寸参数的观测、分布与发展规律、渗流特性和力学性质等方面的测量，并且这些方法多属于对岩石体裂隙的观测，主要方法有压汞法、显微镜切片法、X射线衍射法、扫描电镜法、超声波法和计算机断面成像技术(CT法)等。现有的裂隙观测方法及监测仪存在以下三个方面的主要技术问题：(1)传统的裂隙观测法属于静态的观测，无法实现对裂隙发育过程连续动态观测；(2)传统裂隙观测方法多属于室内研究方法，无法避免对研究岩土体造成扰动，无法实现对野外原位土体裂隙发育过程进行监测；(3)传统裂隙观测方法受测量工具或操作空间的影响，无法对大尺度空间范围内裂隙情况进行观测，也无法对大尺度的裂隙结构体进行观测。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种土体裂隙发育监测仪，能够克服现有技术中裂隙监测仪所存在的无法对裂隙发育过程进行原位、大空间范围、连续动态观测的缺陷，本实用新型的裂隙发育监测仪，能够对黏性土地区裂隙发育进行连续动态的原位监测，在不扰动土体的情况下，对大尺度空间范围内的土体裂隙发育进行监测，实现裂隙在长度和深度方向发育程度的实时监测。

本实用新型是一种利用土体导电性变化监测土体裂隙发育的新型监测装置，其监测方法的理论基础是裂隙的出现和发育会明显改变土体的导电性。简而言之，本实用新型通过埋入土体内的多功能探头网络，来研究土体导电性变化，根据对监测数据的分析，实现对岩土体裂隙发育过程的连续动态监测。

本实用新型所采用的技术方案如下：

一种土体裂隙发育监测仪，其特征在于包括测量探头部分和数据接收处理部分；所述的测量探头部分包含电导测量探头、水分测量探头和温度测量探头；所述的数据接收处理部分包括数据接收仪、计算机处理和裂隙发育参数反演部分。

所述的测量探头部分可称为多功能探头，包含电导测量探头、水分测量探头和温度测量探头，将它们组合在一个探头中。其中，电导测量探头采用不易氧化腐蚀的石墨制成，并有导线引出。水分测量探头采用土体体积含水率测量元件。温度测量探头可以采用热电偶或红外线传温部件作为探头。多功能探头分别通过三组导线来传输和接收其中的电导、含水率和温度测量数据。

所述的数据接收处理部分包括数据接收仪、计算机处理和裂隙发育参数反演三个部分.数据接收仪有三个数据接收器组合而成，分别为电导数据接收器、体积含水率接收器和温度数据接收器，分别与电导测量探头、水分测量探头和温度测量探头由导线连接，接受探头测得的参数.将这三者组装在一个壳体内，成为数据接收仪.

计算机处理部分是将数据接收器所接收到的数据传输进入计算机，进行计算和分析的部分。其功能是将测得的电导值对含水率和温度作出校正，剔除这两者的影响，从而得到因裂隙发育而产生的土体的电导值。采用的数据分析方法是，根据接收到的电导值、体积含水率和温度，与非饱和粘土电导计算公式

(G-土体电导，β-尺寸修正系数，k_w-孔隙水电导率，R₀-电极有效测量半径，n-孔隙率，S_r-饱和度，L-电极间距离)、非饱和粘土温度与电导的关系式G＝G_18.6+k(T-18.6)(G-土体电导，G_18.6-试验初始温度18.6℃下的电导值，k＝αS_18.6，α-试验常数)作对比计算分析，剔除后两者的影响，得到监测剖面的电导值。其输出的结果包括监测土体的电导值，土体电导值、含水率和温度参数等随时间的变化曲线等；监测土体的电导值至少包括监测剖面的电导值分布等值线数据。

裂隙发育参数反演部分是将计算机处理后的数据传输进入数据库，进行裂隙发育参数的反演，以动态观测裂隙的变化。所述的反演是指利用计算机程序，将电导值分布等土体参数值与数据库中存储的监测土体在确定的时间或空间上的参数特征值，如电导值基准分布状态进行对比，分析监测剖面的电导值分布在时间或空间上的变化，对裂隙发育进行监测的方法。土体裂隙发育的反演分析方法包括在时间域上的分析和空间域上的分析两个方面。土体裂隙在时间域上的发育分析方法一般对监测过程中的不同时间点的数据作整理和分析，而后进行裂隙的反演；上述时间点至少包括探头布置后的监测初期、气候剧烈变化时、人工破坏剧烈时等等关键时间点。土体裂隙在空间域上的发育分析方法一般在监测土体的不同监测剖面上，对监测土体的电导值的数据进行整体反演分析，得到裂隙在土体的水平方向、垂直方向由表及里的发育变化过程。

将本发明所述监测仪器多功能探头按照一定的方式布置在土体中，随着土体裂隙的发育，可以将任何时刻土体的电导值、体积含水率与温度记录下来，传入计算机，分析土体裂隙发育、体积含水率与温度对所测电导值的影响，进而剔除体积含水率与温度的影响，得到电导值～裂隙的变化关系，从而通过所测得的电导值进行反演，可以研究出任意时刻、任意位置的裂隙发育状况；最后，将整个土体的电导值综合考虑并加以反演，可以得到整个区域土体裂隙发育过程和发育程度。

本实用新型的土体裂隙发育监测仪，可以在不扰动监测土体的情况下，在大尺度空间范围内，对土体内的裂隙发育进行连续动态的原位监测，实现裂隙在长度和深度方向发育程度的实时监测，监测结果准确可靠，操作简便。输出的土体电导值、含水率和温度参数等变化曲线清晰易懂，通过数据分析和图形绘制，可以直观反应裂隙在空间位置上出现的时间、发育过程以及最终发育稳定时间，本实用新型还可以对裂隙闭合过程进行实时监测。

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细描述。本实用新型的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求的范围加以限定。

附图说明：

图1为土体裂隙发育监测仪结构框图

图2为为多功能探头结构示意图

图3为多功能探头的截面图

图4为传输导线的截面图

图5为数据接收仪的表盘结构示意图

图6为多功能探头布置示意图

图7为土体裂隙发育监测仪实施示意图

图8为监测剖面探头布置区域剖面图

图9为监测初期监测剖面电导值等值线图

图10为监测后期监测剖面电导值等值线图

具体实施方式：

如图1所示，本实用新型的土体裂隙发育监测仪包括两个部分：测量探头部分和数据接收处理部分。测量探头部分包含电导测量探头、水分测量探头和温度测量探头三个部分；数据接收处理部分包括数据接收仪、计算机处理和裂隙发育参数反演三个部分。

如图2、图3所示，多功能探头1，包含电导测量探头8、水分测量探头9和温度测量探头10，将它们组合在一个探头中。多功能测量探头1为底面直径约5cm、高约5cm的圆柱体。从多功能测量探头1横断面可以看出，多功能探头1被分为三个部分，分别来布置电导测量探头8、水分测量探头9和温度测量探头10。多功能测量探头1由传输导线2与数据接收仪连接，如图4，传输导线2是由三股导线组合而成，分别为电导传输导线5、体积含水率传输导线6与温度传输导线7。

数据接收仪3有三个数据接收器组合而成，分别为电导数据接收器、体积含水率接收器和温度数据接收器，图5为其表盘结构示意图，上部有三个数据传输孔：电导传输孔11、体积含水率传输孔12和温度传输孔13。右下角为电源插线孔14，用来充电。中间布置了三个开关15，分别用来控制数据显示屏16的开启和闭合。数据接收仪3的为长约30cm、宽约30cm、高约20cm的长方体，其中的数据接收器可以在市场上选购合适的量测仪。

计算机处理和裂隙发育参数反演两个部分由计算机和数据处理程序和数据库构成。

将所述的土体裂隙发育监测仪用于土体裂隙发育的监测。首先，将多功能探头1按照一定的方式布置在土体中。如图6所示，为多功能探头1布置示意图。多功能测量探头1在土体中的呈网格状布置，网格的间距17按照场地裂隙发育严重程度而进行设计。

布置多功能探头1后，将多功能探头1进行组合，测量并记录测量点土体的电导值、含水率和温度。如图7所示，为土体裂隙发育监测仪实施示意图。多功能测量探头1在土体中呈网格状布置，AB之间的弧状虚线19为两个多功能测量探头1之间电流的影响范围。数据接收仪18布置在AB间，可以监测该两个多功能测量探头1之间的电导值，也可以分别测量该两个探头附近的温度和体积含水率。AB之间的弧状虚线19内如果有裂隙发育，则测得的AB之间的电导值将会发生变化。把测得的土体的电导值、体积含水率与温度记录下来，并传入数据接收仪3。

土体的电导值、含水率和温度数据经数据接收仪3传入计算机系统，由计算机处理和裂隙发育参数部分分析土体裂隙发育、体积含水率与温度对所测电导值的影响，进而与非饱和粘土电导计算公式、非饱和粘土温度与电导的关系式作对比分析，剔除体积含水率与温度的影响，得到电导值～裂隙的变化关系，从而通过所测得的电导值进行反演，可以研究出任意时刻、任意位置的裂隙发育状况；最后，将整个土体的电导值测量值综合考虑并加以反演，可以得到整个区域土体裂隙发育过程和发育程度.

如图8所示，在边坡土体内监测剖面上布置测量探头。图中的竖直虚线为布置多功能测量探头的位置，从边坡上部往下打孔，打孔后每隔1m设置一个探头，布置时候从下往上布置，将导线引到地表便于测量。将探头布置好后，人工修整边坡，对边坡原有裂隙进行开挖填土等处理，然后碾压，做到边坡表面完整结实。

用所述的监测仪可以得到图9和图10。

图9为监测初期测量所埋设的多功能测量探头后计算绘制的电导值等值线图。从图中可以看出，从边坡表面往下，边坡剖面上电导值等值线比较平缓均衡，没有突出和凹进的地方，这说明边坡土体中基本无裂隙发育，土体较完整。图10为监测后期测量所埋设的多功能测量探头后计算绘制的电导值等值线图。从图中可以看出，边坡表面等值线出现了两个下凹，为低导高阻区域，深度约为1～2m，同时通过观测边坡表面发现该两处有裂隙发育，通过开挖发现，裂隙的发育深度为1.8m。

可见，在土体裂隙发育监测方面，应用本实用新型的土体裂隙发育监测仪，可以更好地对裂隙在时间域和空间域上的发育状态进行原位、动态地观测，本实用新型有很好的实际应用价值。

Claims

1.一种土体裂隙发育监测仪，包括测量探头部分和数据接收处理部分，其特征在于：所述的测量探头部分包含电导测量探头、水分测量探头和温度测量探头；所述的数据接收处理部分包括数据接收仪、计算机处理和裂隙发育参数反演部分，数据接收仪包括电导数据接收器、体积含水率接收器和温度数据接收器；电导测量探头、水分测量探头和温度测量探头分别由导线与电导数据接收器、体积含水率接收器和温度数据接收器连接。

2.根据权利要求1所述的土体裂隙发育监测仪，其特征在于：所述的测量探头为一圆柱体，被分为三个部分，分别用来布置电导测量探头、水分测量探头和温度测量探头。

3.根据权利要求1所述的土体裂隙发育监测仪，其特征在于：所述的导线由电导传输导线、体积含水率传输导线与温度传输导线三股导线组合而成。

4.根据权利要求1所述的土体裂隙发育监测仪，其特征在于：所述的电导测量探头采用石墨制成。

5.根据权利要求1所述的土体裂隙发育监测仪，其特征在于：所述的水分测量探头采用土体体积含水率测量元件。

6.根据权利要求1所述的土体裂隙发育监测仪，其特征在于：所述的温度测量探头采用热电偶或红外线传温部件。