CN204007591U - 一种土石体沉降测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种土石体沉降测量装置，包括沉降传感器、储液罐、通液管、通气管和数据采集设备，沉降传感器为封闭结构包括传感器储液腔、压力感应膜、压力敏感元件和内侧腔体，传感器储液腔还设置有传感器通液管接口，内侧腔体设置有传感器通气管接口；储液罐上方设置有储液罐通气管接口，下方设置有储液罐通液管接口，储液罐内置有传压液体，储液罐内的传压液体的高度高于沉降传感器的高度；通液管两端连接传感器通液管接口和储液罐通液管接口；通气管两端连接传感器通气管接口和储液罐通气管接口；压力敏感元件的输出端通过信号电缆引出至数据采集设备。该装置可以全部埋入土体同时能够自有水环境可靠运行，具有结构和测量可靠性高的优点。

Description

一种土石体沉降测量装置

技术领域

本实用新型涉及岩土工程的安全监测技术领域，特别涉及一种全埋入的土石体沉降测量装置，适用于土石坝在水下部分的坝基的不均匀沉降测量，以及堤坝、河床或海床回填区域的相对沉降测量。

背景技术

在岩土工程安全监测领域中，传统的土体沉降监测设备有两种：适用埋入安装的水管式沉降仪和适用于表面安装的静力水准仪，但这些设备均不能于水下环境工作，或因尺寸较大不适合狭小空间的安装。

利用连通器原理的传统水管式沉降测量装置的结构如图1所示，通常由外壳密闭的沉降测头101、通液管102、排液管103、排气管104、及透明并设有刻度的液位指示管105等部件组成。位于被监测点的沉降测头101通过通液管102、排气管104与排液管103连接到人员可操作的观测站106，并且通液管102、排液管103及排气管104两端均形成与大气相通的结构，即两端的压力均等于当前大气压力。在通过观测站106一端将通液管102内注满足够的液体(通常为水)，液位指示管105中的液面高度将与沉降测头101内通液管102的溢水口107高度保持平衡状态。假定观测站106是稳定并且以其为基准，当沉降测头101相对于观测站106即液位指示管产生相对沉降时，通液管102内多余的液体通过沉降测头101内的溢水口107溢出并通过排液管103排除，直至液面重新达到新的平衡状态，此时液位指示管105内液面高度的变化即为沉降测头101(即被监测点)相对于观测站106的沉降量。

上述传统的沉降测量装置采用最简单的方式获取了被监测点相对于观测站基准的沉降变化，但这种装置的结构由于通液管、排液管及排气管与外界大气是直接或间接连通的，并非为密封状态，因此由于工作原理的限制，存在如下缺点：1)整个装置只能安装在无水环境或仅限部分埋入，无法全部埋入土体中或安装在水下工作；2)观测站必须设置在人员能接近的环境；3)每个被监测点设置的沉降测头必须对应设置液位指示管，在被监测点较多时整个装置庞大；4)由于液体会产生蒸发，需定期补液、维护，且必须依赖人工操作。

此外，在一些特定环境，如土石坝在回填过程中或建成后，其坝基部分被回水浸没，使得土石坝坝体基础基部分无法获取有效的沉降测量数据或缺少有效的监测手段。或者，在一些人员不宜接近的区域如河床底部、垃圾填埋场也存在类似问题。因此，对该条件下的沉降测量一直处于空白阶段。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的缺点和不足，提供一种新型的土石体沉降测量装置，该装置可以全部埋入土体同时能够自有水环境可靠运行，并能在环境恶劣的条件下实现土石体的沉降测量，具有结构简单和测量可靠性高的优点。

本实用新型的技术方案如下：

一种土石体沉降测量装置，其特征在于，包括沉降传感器、储液罐、通液管、通气管和数据采集设备，所述沉降传感器为封闭结构包括传感器储液腔、压力感应膜、压力敏感元件和内侧腔体，所述压力感应膜的上侧与传感器储液腔相通，压力感应膜的下侧与内侧腔体相通，所述压力敏感元件位于压力感应膜的下方，所述传感器储液腔顶部具有可开启和关闭的传感器排气孔，传感器储液腔还设置有传感器通液管接口，所述内侧腔体设置有传感器通气管接口；所述储液罐为密封容器并具有可开启和关闭的注液孔，所述储液罐上方设置有储液罐通气管接口，下方设置有储液罐通液管接口，所述储液罐内置有传压液体，储液罐内的传压液体的高度高于沉降传感器的高度；所述通液管的一端连接传感器通液管接口，另一端连接储液罐通液管接口；所述通气管的一端连接传感器通气管接口，另一端连接储液罐通气管接口；所述压力敏感元件的输出端通过信号电缆引出至数据采集设备。

采用两个以上的沉降传感器通过通液管和通气管依次与储液罐串联连接，所述串联连接的中间的沉降传感器均设置有两个传感器通液管接口和两个传感器通气管接口，所述通液管通过各传感器通液管接口连接相应的传感器储液腔形成一整条贯通的管道，所述通气管通过各传感器通气管接口连接相应的内侧腔体形成一整条贯通的管道。

采用两个以上的沉降传感器均通过多个通液管和通气管与储液罐并联连接，所述储液罐设置有多个对应的储液罐通气管接口和储液罐通液管接口，所述通液管和通气管的个数与沉降传感器的个数相对应，各通液管相互独立并通过各储液罐通液管接口与储液罐连接，各通气管相互独立并通过各储液罐通气管接口与储液罐连接。

所述沉降传感器的传感器排气孔处设置有实现传感器排气孔开启和关闭的排气孔密封螺丝。

所述储液罐的注液孔处设置有实现注液孔开启和关闭的注液孔密封螺丝。

所述储液罐的传压液体表面覆盖有一层密度小于水且不溶于水的液体。

所述传压液体表面覆盖有低粘度硅油。

所述传压液体在储液罐中的液面高度在储液罐内部空间高度的1/3～1/2处。

所述传压液体为除去空气的去气液体。

所述压力敏感元件为可抵消压力感应膜上下两侧等同气压影响的压差型的压力敏感元件。

本实用新型的技术效果如下：

本实用新型涉及的土石体沉降测量装置，设置沉降传感器、储液罐、通液管、通气管和数据采集设备，通液管和通气管分别连接沉降传感器和储液罐的对应接口，通过开启储液罐的注液孔注入传压液体到储液罐、通液管及传感器储液腔中，并通过传感器排气孔来排除通液管和传感器储液腔内的空气；储液罐内的传压液体的高度高于沉降传感器的高度，以使得储液罐和沉降传感器之间形成压差，即通过传压液体将液体压力传递到沉降传感器的压力感应膜上。当沉降传感器作为被监测点产生相对于储液罐向下沉降时，沉降传感器与储液罐之间的压差产生变化，其压差变化通过沉降传感器的压力感应膜感应并通过压力敏感元件转换为电信号通过信号电缆传出到远端的数据采集设备，通过测量沉降传感器在随被监测点沉降前后的压力变化，即可获取被监测点沉降量的变化，且沉降大小通过远端的数据采集设备上记录或显示。由于沉降传感器和储液罐均为封闭结构，均通过相应的接口连接通液管和通气管，整个装置与外界大气是隔离的，故该装置可以全部埋入土体同时能够自有水环境可靠运行，并能在环境恶劣的条件下实现土石体的沉降测量，解决了现有技术智能将装置安装在无水环境或仅限部分埋入导致无法全部埋入土体中或安装在水下工作的问题，填补了现有技术在人员不宜接近的区域对土石体沉降进行自动测量的空白，该装置结构简单，装置内的传压液体在封闭环境中不会蒸发，避免了定期补液的问题，而且便于维护，简化了人工操作，采集到的沉降量通过数据采集设备显示，使得人员直观监测，并具有测量可靠性高的优点。

采用两个以上的沉降传感器通过通液管和通气管依次与储液罐串联连接，通过一整条贯通的通液管以及一整条贯通的通气管通过传感器通液管接口和传感器通气管接口串联连接多个沉降传感器，该装置的结构简单，通过一个储液罐和多个在不同土石体位置设置的沉降传感器配合工作，直接实现各土石体沉降的测量。采用两个以上的沉降传感器均通过多个通液管和通气管与储液罐并联连接，储液罐设置多个储液罐通气管接口和储液罐通液管接口，分别通过多个独立的通液管和通液管并联连接多个沉降传感器，实现不同土石体沉降的测量。并联或串联连接的沉降传感器可根据不同的应用情况进行相应设置。

在储液罐的传压液体表面覆盖有一层密度小于水且不溶于水的液体，如低粘度硅油，用以隔离储液罐内的空气与传压液体，防止传力液体蒸发到通气管中或进入到沉降传感器内，实现储液罐内的传压液体与所有通气管内的空气隔离，防止传压液体蒸发或挥发产生的潮湿空气通过通气管凝结或导致潮湿空气进入沉降传感器的内侧腔体而影响沉降传感器的正常工作或致压力敏感元件损坏。

附图说明

图1为传统的水管式沉降测量装置的结构示意图。

图2为本实用新型土石体沉降测量装置的第一种优选结构示意图。

图3为本实用新型土石体沉降测量装置的第二种优选结构示意图。

图4为本实用新型土石体沉降测量装置的第三种优选结构示意图。

图中各标号列示如下：

101－沉降测头；102－通液管；103－排液管；104－排气管；105－液位指示管；106－观测站；107－溢水口；1－沉降传感器；11－压力敏感元件；12－压力感应膜；13－内侧腔体；14－传感器储液腔；15－传感器排气孔；16－排气孔密封螺丝；17－传感器通液管接口；18－传感器通气管接口；2－通液管；3－通气管；4－储液罐；41－储液罐通气管接口；42－储液罐通液管接口；43－注液孔；44－注液孔密封螺丝；5－传压液体；6－信号电缆；7－数据采集设备；8－低粘度硅油。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行说明。

本实用新型公开了一种土石体沉降测量装置，其结构如图2所示，包括沉降传感器1、通液管2、通气管3、储液罐4和数据采集设备7，沉降传感器1与储液灌4之间用通液管2、通气管3连接，沉降传感器1通过信号电缆6连接数据采集设备7。其中，沉降传感器1为封闭结构，包括压力敏感元件11、压力感应膜12、内侧腔体13和传感器储液腔14，压力感应膜12的上侧与传感器储液腔14相通，压力感应膜12的下侧与内侧腔体13相通，压力敏感元件11位于压力感应膜12的下方，压力敏感元件11优选为可抵消压力感应膜12上下两侧等同气压影响的压差型的压力敏感元件，传感器储液腔14顶部具有可开启和关闭的传感器排气孔15，传感器排气孔15用于灌注传压液体5时的排气，具体可通过在传感器排气孔15处设置排气孔密封螺丝16实现传感器排气孔15的开启和关闭；传感器储液腔14还设置有传感器通液管接口17，内侧腔体13设置有传感器通气管接口18。储液罐4为密封容器并具有可开启和关闭的注液孔43，具体可通过在注液孔43处设置注液孔密封螺丝44实现注液孔43的开启和关闭；储液罐4上方设置有储液罐通气管接口41，下方设置有储液罐通液管接口42，储液罐4内置有传压液体5，储液罐4内的传压液体5的高度高于沉降传感器1的高度；通液管2的一端连接传感器通液管接口17，另一端连接储液罐通液管接口42；通气管3的一端连接传感器通气管接口18，另一端连接储液罐通气管接口41；压力敏感元件11的输出端通过信号电缆6引出至数据采集设备7。

图2所示的土石体沉降测量装置，沉降传感器1带有传感器通液管接口17、传感器通气管接口18以及传感器排气孔15，沉降传感器1的压力感应膜12外侧(即上侧)的传感器储液腔14与储液灌4的储液罐通液管接口42通过通液管2连接，压力感应膜12内侧(即下侧)的内侧腔体13通过通气管3与储液灌4的储液罐通气管接口41连接。沉降传感器1的传感器储液腔14、通液管2内完全充满传压液体5并与储液灌4的储液罐通液管接口42连接，传压液体5在储液罐4中的液面高度在储液罐4内部空间高度的1/3～1/2处，优选在储液灌4内充有容器约一半高度的传压液体5。传压液体5是经过除气工艺处理的除去空气的去气液体，以便在装置使用中或工作温度范围内永远不会产生气泡或不会析出气泡。储液罐4内盛装的传压液体5表面覆盖有一层密度小于水且不溶于水的液体，优选为低粘度硅油8，以隔离储液罐4容器内的空气与传力液体5，防止传力液体5蒸发到通气管3内空气中或进入沉降传感器1内。将沉降传感器1固定于被监测点，储液灌4固定于稳定位置作为基准点，储液灌4内的液面高度应高于沉降传感器1的安装高度，沉降传感器1的信号电缆6均引至设置于远端的数据采集设备7上，整个装置是对外界全密封结构。

图3为本实用新型土石体沉降测量装置的第二种优选结构示意图，该实施例是采用两个以上的沉降传感器1通过通液管2和通气管3依次与储液罐4串联连接，串联连接的各沉降传感器1除串联终端的沉降传感器(如图3所示的最左边的沉降传感器)外，其它的中间位置设置的沉降传感器1均设置有两个传感器通液管接口17和两个传感器通气管接口18，以方便通过两个传感器通液管接口17连接通液管2以及通过两个传感器通气管接口18连接通气管3，整个装置的通液管2通过各传感器通液管接口17连接相应的传感器储液腔14，故通液管2形成一整条贯通的管道，整个装置的通气管3通过各传感器通气管接口18连接的内侧腔体13，故通气管3形成一整条贯通的管道。该实施例中的沉降传感器1与沉降传感器1之间用通液管2与通气管3各自与传感器通液管接口17和传感器通气管接口18连接实现多个沉降传感器1的串联，并且串联连接数量没有限制。储液灌4内的液面高度应始终高于装置中所有沉降传感器1的安装高度，所有沉降传感器1的信号电缆6均引至设置于远端的数据采集设备7上，整个装置是对外界全密封结构。

图4为本实用新型土石体沉降测量装置的第三种优选结构示意图。该实施例是采用两个以上的沉降传感器1均通过多个通液管2和通气管3与储液罐4并联连接，储液罐4设置有多个对应的储液罐通气管接口41和储液罐通液管接口42，通液管2和通气管3的个数与沉降传感器1的个数相对应，各通液管2相互独立并通过各储液罐通液管接口42与储液罐4连接，各通气管3相互独立并通过各储液罐通气管接口41与储液罐4连接。该实施例中的沉降传感器1与沉降传感器1之间用通液管2与通气管3各自与储液罐通液管接口42和储液罐通气管接口41连接实现多个沉降传感器1的并联，并且并联连接数量没有限制。储液灌4内的液面高度应始终高于装置中所有沉降传感器1的安装高度，所有沉降传感器1的信号电缆6均引至设置于远端的数据采集设备7上，整个装置是对外界全密封结构。特别说明的是，在并联时多个沉降传感器1可以共用一个储液灌4，也可以每个沉降传感器1各自独立使用一个储液灌4，只是将这些储液灌4集中放置在同一个位置而已，与共用一个储液灌4相似，其优点是其中任意储液灌4漏液不会影响其它沉降传感器的正常工作。

本实用新型土石体沉降测量装置基于压力感应膜12和压力敏感元件11测量传压液体压力的变化，该装置相对于其外部是全密封的并且在工作时其内部的压力不受外水压力的影响，换句话说，该装置采用内压自平衡的全密封结构，并且压力测值不受外水压力或大气压变化的影响。在使用时，将沉降传感器1埋设(固定)于待监测点，储液灌4固定于稳定位置作为基准点，同时确保储液灌4的有注液孔43的一端朝上并将储液灌4铅直向安装。用通液管2、通气管3分别连接沉降传感器1及储液灌4的对应接口。该装置中多个沉降传感器1可以通过通液管2、通气管3以及传感器通液管接口17与传感器通气管接口18进行扩展。沉降传感器1感应的液体压力信号通过信号电缆6引至远端人员可接近的位置或数据采集设备7处。通过储液罐4容器顶端的注液孔43将传压液体5注入到储液灌4、通液管2及传感器储液腔14中，并通过释放排气孔密封螺丝16来排除通液管2内及传感器储液腔14内的空气。在完全排除空气后，将排气孔密封螺丝16拧紧密封。传压液体5在储液灌4内的液面高度保持在容器内部空间高度的1/3～1/2处，并确保该液面的高度高于所有沉降传感器1的安装高度，允许通过调整储液灌4的安装高度来确保储液灌4内的液面高度高于装置内任何沉降传感器1安装高度，以使得储液灌4与沉降传感器1之间形成压差，即通过传压液体5将液体压力传递到沉降传感器1的压力感应膜12上。此外，在储液罐4容器内液面上还覆盖一层低粘度硅油8以隔离储液灌4内的传压液体5与所有通气管3内的空气，防止传压液体蒸发或挥发产生的潮湿空气通过通气管4凝结或导致潮湿空气进入沉降传感器的1内侧腔体13而影响沉降传感器1的正常工作或致压力敏感元件损坏。

当沉降传感器1作为被监测点产生相对于储液灌4的向下沉降时，沉降传感器1与储液灌4之间的压差产生变化，其压差变化通过沉降传感器1的压力感应膜12感应并通过压力敏感元件11转换为电信号通过信号电缆6传出到远端的数据采集设备7，通过测量沉降传感器1在随被监测点沉降前后的压力变化，即可获取被监测点沉降量的变化，且沉降大小通过远端的数据采集设备7上记录或显示。

本实用新型提供的土石体沉降测量装置相对于外部是全密封的，即使装置内空气或传压液体因环境温度变化，在产生膨胀或收缩时带来的内部压力变化都将通过通气管3与通液管2分别、同时作用在压力感应膜12的内侧与外侧，从而自动消除了装置内部压力变化的影响，且当储液灌4与沉降传感器1高差产生变化时，只有因内部的液体压差的压力作用在压力感应膜的外侧被压力感应膜所感应。本实用新型该装置不仅可以全部埋设于土体，并且可以安装在有水或可能有水存在的环境中可靠运行，如土石坝坝基、水下填筑区域的沉降监测等；该装置结构简单，整个装置只需一个储液灌即可，沉降传感器的安装数量及布置方式没有限制；无需设置专门的观测站房，随装随测，即时性好；采用电信号的沉降传感器，电信号可用通过信号电缆引至数据采集设备，实现了远程遥测，且遥测的方式可以通过现有的多种远程传输技术进行扩展，因此设施还可以安装在一些人员无法接近的危险环境或潜在的不安全地区。本实用新型的该装置结构简单、便于维护及测量可靠性高。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种土石体沉降测量装置，其特征在于，包括沉降传感器、储液罐、通液管、通气管和数据采集设备，所述沉降传感器为封闭结构包括传感器储液腔、压力感应膜、压力敏感元件和内侧腔体，所述压力感应膜的上侧与传感器储液腔相通，压力感应膜的下侧与内侧腔体相通，所述压力敏感元件位于压力感应膜的下方，所述传感器储液腔顶部具有可开启和关闭的传感器排气孔，传感器储液腔还设置有传感器通液管接口，所述内侧腔体设置有传感器通气管接口；所述储液罐为密封容器并具有可开启和关闭的注液孔，所述储液罐上方设置有储液罐通气管接口，下方设置有储液罐通液管接口，所述储液罐内置有传压液体，储液罐内的传压液体的高度高于沉降传感器的高度；所述通液管的一端连接传感器通液管接口，另一端连接储液罐通液管接口；所述通气管的一端连接传感器通气管接口，另一端连接储液罐通气管接口；所述压力敏感元件的输出端通过信号电缆引出至数据采集设备。

2.根据权利要求1所述的土石体沉降测量装置，其特征在于，采用两个以上的沉降传感器通过通液管和通气管依次与储液罐串联连接，所述串联连接的中间的沉降传感器均设置有两个传感器通液管接口和两个传感器通气管接口，所述通液管通过各传感器通液管接口连接相应的传感器储液腔形成一整条贯通的管道，所述通气管通过各传感器通气管接口连接相应的内侧腔体形成一整条贯通的管道。

3.根据权利要求1所述的土石体沉降测量装置，其特征在于，采用两个以上的沉降传感器均通过多个通液管和通气管与储液罐并联连接，所述储液罐设置有多个对应的储液罐通气管接口和储液罐通液管接口，所述通液管和通气管的个数与沉降传感器的个数相对应，各通液管相互独立并通过各储液罐通液管接口与储液罐连接，各通气管相互独立并通过各储液罐通气管接口与储液罐连接。

4.根据权利要求1至3之一所述的土石体沉降测量装置，其特征在于，所述沉降传感器的传感器排气孔处设置有实现传感器排气孔开启和关闭的排气孔密封螺丝。

5.根据权利要求1至3之一所述的土石体沉降测量装置，其特征在于，所述储液罐的注液孔处设置有实现注液孔开启和关闭的注液孔密封螺丝。

6.根据权利要求1至3之一所述的土石体沉降测量装置，其特征在于，所述储液罐的传压液体表面覆盖有一层密度小于水且不溶于水的液体。

7.根据权利要求6所述的土石体沉降测量装置，其特征在于，所述传压液体表面覆盖有低粘度硅油。

8.根据权利要求1至3之一所述的土石体沉降测量装置，其特征在于，所述传压液体在储液罐中的液面高度在储液罐内部空间高度的1/3～1/2处。

9.根据权利要求1所述的土石体沉降测量装置，其特征在于，所述传压液体为除去空气的去气液体。

10.根据权利要求1所述的土石体沉降测量装置，其特征在于，所述压力敏感元件为可抵消压力感应膜上下两侧等同气压影响的压差型的压力敏感元件。