CN208155998U - 一种现场试坑浸水试验监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种现场试坑浸水试验监测系统，包括数据采集装置和数据监测终端，所述数据采集装置包括数据采集模块和数据采集控制模块，所述数据监测终端包括计算机和服务器，所述数据采集模块包括数据采集器和传感器模块，所述传感器模块包括湿陷量监测模块、土壤水分计、土压力计和孔隙水压力计，以及测斜仪、水位计和裂缝计，所述湿陷量监测模块包括地表沉降计和分层沉降计，所述传感器模块的输出端均与数据采集器的输入端相接。本实用新型设计合理、操作简便且使用效果好，能实时、准确地对试坑浸水试验进行监测，且监测结果准确。

Description

一种现场试坑浸水试验监测系统

技术领域

本实用新型属于试坑浸水试验监测技术领域，尤其是涉及一种现场试坑浸水试验监测系统。

背景技术

近年来，随着国家经济的发展和西部大开发战略的深入实施，黄土地区的建设项目日益增多，特别是伴随城市轨道交通、超高层建筑物等出现，带来了许多亟待解决的工程问题。黄土具有大孔隙、垂直节理发育、天然含水量低等特点，浸水湿陷是其最突出的工程特性，也是影响黄土地区工程建设的关键因素。

对于黄土地区的重大工程，一般先在湿陷性土层工程的现场开挖试坑，然后对现场试坑进行浸水实验以对黄土工程特性进行准确评价。目前现场试坑浸水试验仅设置深标点和浅标点对湿陷量进行监测，根据湿陷变形量的实测值确定湿陷性黄土的场地类型(即自重湿陷性黄土场地或者非自重湿陷性黄土场地)及自重湿陷的下限深度，从而为工程建设的地基处理提供经济合理的方案。但是，随着工程建设质量要求的不断提高，传统的监测参数已远远不能满足工程建设的需要，随之，各种监测传感器逐步被应用于试坑浸水试验中，用以研究现场试坑浸水过程中地表湿陷量及分层湿陷量、水分场的时空运移、体积含水率、孔隙水压力、土压力(现场试坑的竖向及现场试坑的侧向)、侧向位移的变化、浸水引起的地下水位变化及地表裂缝的发展规律等，为黄土地区工程建设提供技术支撑。

目前现场试坑中设置的传统监测装置是通过人工方式定时进行测量记录，受环境、气象等条件干扰大，使得观测数据不连续、实时性不足，难以及时、准确的对试坑浸水过程中体积含水率、压应力、孔隙水压力、侧向位移、地下水位和裂缝尺寸等各种参数的变化规律进行深入研究，同时，不可避免地存在监测过程中监测频率比较随意、监测效果较差、费时费工等问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种现场试坑浸水试验监测系统，其结构简单、设计合理且成本低，使用操作简便，能实时、准确地对现场试坑浸水试验进行监测，且监测结果准确。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种现场试坑浸水试验监测系统，其特征在于：包括安装在现场试坑的数据采集装置和对现场试坑浸水试验进行监测的数据监测终端，所述数据采集装置包括用于采集所述现场试坑浸水试验数据的数据采集模块和与所述数据采集模块相接的数据采集控制模块，所述数据监测终端包括与所述数据采集控制模块无线通信的计算机和与计算机无线通信且用于存储试验数据的服务器，所述数据采集模块包括与所述数据采集控制模块相接的数据采集器以及与数据采集器相接的传感器模块，所述传感器模块包括用于监测所述现场试坑所在湿陷性土层的湿陷变形量的湿陷量监测模块、用于监测所述现场试坑所在湿陷性土层的体积含水率的土壤水分计、用于监测所述现场试坑所在湿陷性土层的压应力的土压力计和用于监测所述现场试坑所在湿陷性土层的孔隙水压力的孔隙水压力计，以及用于监测所述现场试坑周侧不同深度的侧向位移的测斜仪、用于监测所述现场试坑所在湿陷性土层的地下水位的水位计和用于监测所述现场试坑所在地表的裂缝尺寸的裂缝计，所述湿陷量监测模块包括用于监测所述现场试坑所在地表的湿陷变形量的地表沉降计和用于监测所述现场试坑底部下方竖直方向不同深度的湿陷变形量的分层沉降计，所述地表沉降计、分层沉降计、土壤水分计、土压力计、孔隙水压力计、测斜仪、水位计和裂缝计的输出端均与数据采集器的输入端相接。

上述的一种现场试坑浸水试验监测系统，其特征在于：所述数据采集控制模块包括微控制器以及与微控制器相接的第一无线通信模块、时钟模块和数据存储器，所述微控制器的输入端接有参数设置按键，所述微控制器的输出端接有报警器，所述数据采集器与微控制器相接，所述数据采集器和微控制器的输入端接有供电模块；

所述数据监测终端还包括与计算机相接的第二无线通信模块，所述第一无线通信模块与第二无线通信模块进行无线双向通信。

上述的一种现场试坑浸水试验监测系统，其特征在于：所述计算机通过互联网与服务器进行数据通信。

上述的一种现场试坑浸水试验监测系统，其特征在于：所述供电模块包括蓄电池、与蓄电池输入端相接的市电模块与太阳能模块以及与蓄电池输出端相接的电压转换模块，所述电压转换模块包括与蓄电池输出端相接的12V转5V电压转换模块和与12V转5V电压转换模块输出端相接的5V转3.3V电压转换模块，所述5V转3.3V电压转换模块的输出端与微控制器和数据采集器的输入端相接。

上述的一种现场试坑浸水试验监测系统，其特征在于：所述微控制器的输入端接有对供电模块输出电压进行检测的电压检测模块，所述电压检测模块与供电模块的输出端相接。

上述的一种现场试坑浸水试验监测系统，其特征在于：所述第一无线通信模块与第二无线通信模块均为3G模块、4G模块、GPRS无线通信模块、北斗无线通信模块、蓝牙模块、WIFI模块、ZigBee模块或者数传电台。

上述的一种现场试坑浸水试验监测系统，其特征在于：所述微控制器为单片机、DSP微控制器或ARM微控制器。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、所采用的数据采集装置结构简单、设计合理且安装简便，投入成本较低，且能实时、准确地对现场试坑浸水试验进行监测，且监测结果准确。

2、所采用数据采集装置的监测效率高，降低工作人员现场定时查看及手动记录数据的复杂度，不仅成本低，而且减少人力和时间耗费，且不易受环境、气象等条件干扰大，使得监测数据连续且实时性好，为现场试坑浸水过程中湿陷变形量、体积含水率、压应力、孔隙水压力、侧向位移、地下水位和裂缝尺寸等参数变化规律的研究提供了准确的依据。

3、所采用的数据采集装置中设置数据采集器，且通过参数设置按键对数据采集器的采集间隔时间进行设定，满足数据监测要求，且各个传感器监测到的试验数据发送至数据采集器，数据采集器按照预设的采样时间进行自动，并将检测到的实验参数通过微控制器发送至计算机，从而实现数据的自动采集。

4、节省监测时间及人工能耗、安装好数据采集装置和数据监测终端，不需要工作人员现场查看记录，便能实时地或定时地对现场试坑浸水试验的各种试验数据进行监测与采集，而且将采集到的试验数据无线发送至数据监测终端进行存储，便于进一步分析，提高了监测效率，且便于对监测数据分析获取试验数据的发展规律，为黄土地区工程建设体用技术支撑。

综上所述，本实用新型结构简单、设计合理、操作简便且使用效果好，能实时、准确地对现场试坑浸水试验进行监测，且监测结果准确。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图。

图2为本实用新型供电模块的电路原理框图。

图3为本实用新型数据采集模块与微控制器的电路连接关系示意图。

图4为本实用新型微控制器与数据监测终端的电路连接关系示意图。

附图标记说明:

1—供电模块； 1-1—太阳能模块； 1-2—市电模块；

1-3—蓄电池； 1-4—12V转5V电压转换模块；

1-5—5V转3.3V电压转换模块； 2—数据采集模块；

2-1—数据采集器； 2-2—湿陷量监测模块； 2-2-1—地表沉降计；

2-2-2—分层沉降计； 2-3—土壤水分计； 2-4—土压力计；

2-5—孔隙水压力计； 2-6—测斜仪； 2-7—水位计；

2-8—裂缝计； 3—微控制器； 3-1—第一无线通信模块；

4—时钟模块； 5—数据存储器； 6—参数设置按键；

7—报警器； 8—电压检测模块； 9—数据监测终端；

9-1—第二无线通信模块； 9-2—计算机；

9-3—互联网； 9-4—服务器。

具体实施方式

如图1、图3和图4所示，本实用新型包括安装在现场试坑的数据采集装置和对现场试坑浸水试验进行监测的数据监测终端9，所述数据采集装置包括用于采集所述现场试坑浸水试验数据的数据采集模块2和与所述数据采集模块2相接的数据采集控制模块，所述数据监测终端9包括与所述数据采集控制模块无线通信的计算机9-2和与计算机9-2无线通信且用于存储试验数据的服务器9-4，所述数据采集模块2包括与所述数据采集控制模块相接的数据采集器2-1以及与数据采集器2-1相接的传感器模块，所述传感器模块包括用于监测所述现场试坑所在湿陷性土层的湿陷变形量的湿陷量监测模块2-2、用于监测所述现场试坑所在湿陷性土层的体积含水率的土壤水分计2-3、用于监测所述现场试坑所在湿陷性土层的压应力的土压力计2-4和用于监测所述现场试坑所在湿陷性土层的孔隙水压力的孔隙水压力计2-5，以及用于监测所述现场试坑周侧不同深度的侧向位移的测斜仪2-6、用于监测所述现场试坑所在湿陷性土层的地下水位的水位计2-7和用于监测所述现场试坑所在地表的裂缝尺寸的裂缝计2-8，所述湿陷量监测模块2-2包括用于监测所述现场试坑所在地表的湿陷变形量的地表沉降计2-2-1和用于监测所述现场试坑底部下方竖直方向不同深度的湿陷变形量的分层沉降计2-2-2，所述地表沉降计2-2-1、分层沉降计2-2-2、土壤水分计2-3、土压力计2-4、孔隙水压力计2-5、测斜仪2-6、水位计2-7和裂缝计2-8的输出端均与数据采集器2-1的输入端相接。

如图1和图4所示，本实施例中，所述数据采集控制模块包括微控制器3以及与微控制器3相接的第一无线通信模块3-1、时钟模块4和数据存储器5，所述微控制器3的输入端接有参数设置按键6，所述微控制器3的输出端接有报警器7，所述数据采集器2-1与微控制器3相接，所述数据采集器2-1和微控制器3的输入端接有供电模块1；

所述数据监测终端9还包括与计算机9-2相接的第二无线通信模块9-1，所述第一无线通信模块3-1与第二无线通信模块9-1进行无线双向通信。

本实施例中，所述计算机9-2通过互联网9-3与服务器9-4进行数据通信。

如图3所示，本实施例中，所述供电模块1包括蓄电池1-3、与蓄电池1-3输入端相接的市电模块1-2与太阳能模块1-1以及与蓄电池1-3输出端相接的电压转换模块，所述电压转换模块包括与蓄电池1-3输出端相接的12V转5V电压转换模块1-4和与12V转5V电压转换模块1-4输出端相接的5V转3.3V电压转换模块1-5，所述5V转3.3V电压转换模块1-5的输出端与微控制器3和数据采集器2-1的输入端相接。

如图1所示，本实施例中，所述微控制器3的输入端接有对供电模块1输出电压进行检测的电压检测模块8，所述电压检测模块8与供电模块1的输出端相接。

本实施例中，所述电压检测模块8包括电压传感器。

本实施例中，电压检测模块8对供电模块1输出电压进行监测，并将检测到的供电电压发送至微控制器3，微控制器3将供电电压与预先通过参数设置按键6设置的低电压设定值进行比较，当电压检测模块8检测到的供电电压不大于低电压设定值时，微控制器3控制报警器7报警提醒充电，保证供电模块1能持续正常工作。

本实施例中，采用太阳能模块1-1和市电模块1-2为蓄电池1-3充电，当白天光照条件好时，可采用太阳能模块1-1采集太阳能，并将太阳能转换为电能，太阳能模块1-1为蓄电池1-3充电，确保蓄电池1-3输出电压满足要求；当没有太阳光或者白天光照条件不好时，可采用市电模块1-2采为蓄电池1-3充电，确保蓄电池1-3输出电压满足要求，最大限度地保证供电模块1的工作持续性。

本实施例中，供电模块1通过设置12V转5V电压转换模块1-4和5V转3.3V电压转换模块1-5，转换至微控制器3和数据采集器2-1的工作电压需要。实际监测过程中，供电模块1也为其他需要供电的模块进行供电，保证数据采集装置和数据采集控制装置正常工作。

本实施例中，所述第一无线通信模块3-1与第二无线通信模块9-1均为3G模块、4G模块、GPRS无线通信模块、北斗无线通信模块、蓝牙模块、WIFI模块、ZigBee模块或者数传电台。

本实施例中，所述微控制器3为单片机、DSP微控制器或ARM微控制器。

本实施例中，所述地表沉降计2-2-1和分层沉降计2-2-2均为YTDG0100系列电感调频式单点沉降计；所述土壤水分计2-3为YT-DY-0100系列土壤水分计，所述土压力计2-4为振弦式YT-DG-0300系列土压力计，所述孔隙水压力计2-5为压力式YT-YL-0100系列孔隙水压力计，所述测斜仪2-6为重力加速度式YT-ZL-0100系列测斜仪，所述水位计2-7为压力式YT-YL-0300系列水位计，所述裂缝计2-8为电感调频式YT-DG-0900系列裂缝计。

需要说明的是，所述地表沉降计2-2-1和分层沉降计2-2-2可以替换为其他类型的沉降计，所述土壤水分计2-3、土压力计2-4、孔隙水压力计2-5、测斜仪2-6、水位计2-7和裂缝计2-8分别可以替换为其他类型的土壤水分计、土压力计、孔隙水压力计、测斜仪、水位计和裂缝计。

本实施例中，所述数据采集器2-1为YT-ZD-0308型数据采集器，实际使用过程中，还可以替换为其他类型的数据采集器。

本实施例中，所述现场试坑的直径由自重湿陷性土层的厚度决定，所述现场试坑的横截面为圆形，所述现场试坑的直径一般为20m～30m，所述现场试坑的深度为0.5m～0.8m，所述现场试坑的底部内铺设有粒径为0.10m的砂卵石。

本实施例中，实际安装过程中，所述地表沉降计2-2-1的数量为多个，多个所述地表沉降计2-2-1沿地表圆周方向等间距布设。

所述分层沉降计2-2-2的数量为多个，多个所述分层沉降计2-2-2沿所述现场试坑底部下方的不同深度间隔布设。

本实施例中，实际安装过程中，所述土壤水分计2-3的数量为多个，多个所述土壤水分计2-3沿所述现场试坑底部下方及所述现场试坑外的水平方向和竖直方向间隔布设。

本实施例中，实际安装过程中，所述土压力计2-4的数量为多个，多个所述土压力计2-4沿所述现场试坑底部下方及所述现场试坑外的水平方向和竖直方向间隔布设。

本实施例中，实际安装过程中，所述孔隙水压力计2-5的数量为多个，多个所述孔隙水压力计2-5沿所述现场试坑底部下方竖直方向间隔布设。

本实施例中，实际安装过程中，所述测斜仪2-6的数量为多个，多个所述测斜仪2-6沿所述现场试坑周侧不同深度间隔布设。

本实施例中，实际安装过程中，所述水位计2-7的数量为多个，多个所述水位计2-7以所述现场试坑的圆心为中心对称布设。

本实施例中，实际安装过程中，所述裂缝计2-8的数量为多个，根据裂缝产生的位置适时布设。

本实施例中，湿陷量监测模块2-2能对试坑浸水试验过程中的地表的湿陷变形量和不同深度的湿陷变形量进行监测，从而确定湿陷性土层的场地类型及自重湿陷的下限深度；土壤水分计2-3能对所在湿陷性土层的体积含水率进行监测，以便于研究现场试坑浸水过程中水分场的时空运移规律，研究现场试坑浸水的影响范围；土压力计2-4对所述现场试坑所在湿陷性土层的压应力进行监测，孔隙水压力计2-5对所述现场试坑所在湿陷性土层的孔隙水压力进行监测，测斜仪2-6对所述现场试坑周侧不同深度的侧向位移进行监测，水位计2-7对现场试坑所在湿陷性土层的地下水位进行监测，裂缝计2-8对所述现场试坑所在地表的裂缝尺寸进行监测，得到湿陷变形量、体积含水率、压应力、孔隙水压力、侧向位移、地下水位和裂缝尺寸，实现实时或者定时监测。

本实用新型具体实施时，在现场开挖试坑，形成现场试坑，并对所述现场试坑浸水，在现场试坑浸水试验的过程中，预先通过参数设置按键6设置采样时间和低电压设定值，之后，地表沉降计2-2-1对所述现场试坑所在地表的湿陷变形量进行实时监测，并将监测到的地表湿陷变形量发送至数据采集器2-1，分层沉降计2-2-2对所述现场试坑底部下方竖直方向不同深度的湿陷变形量进行实时监测，并将监测到的不同深度湿陷变形量发送至数据采集器2-1，土壤水分计2-3对所述现场试坑所在湿陷性土层的体积含水率进行实时监测，并将监测到的湿陷性土层的体积含水率发送至数据采集器2-1，土压力计2-4对所述现场试坑所在湿陷性土层的压应力进行实时监测，并将监测到的压应力发送至数据采集器2-1，孔隙水压力计2-5对所述现场试坑所在湿陷性土层的孔隙水压力进行实时监测，并将监测到的孔隙水压力发送至数据采集器2-1，测斜仪2-6对所述现场试坑周侧不同深度的侧向位移进行实时监测，并将监测到的侧向位移发送至数据采集器2-1，水位计2-7对所述现场试坑所在湿陷性土层的地下水位进行实时监测，并将监测到的地下水位发送至数据采集器2-1，裂缝计2-8对所述现场试坑所在地表的裂缝尺寸进行实时监测，并将监测到的裂缝尺寸发送至数据采集器2-1，微控制器3控制数据采集器2-1按照预先设定的采样时间对各个传感器所监测到的试验数据进行采集，且将所采集的试验数据发送至微控制器3，微控制器3将接收到的试验数据保存至数据存储器5中，微控制器3并通过第一无线通信模块3-1和第二无线通信模块9-1发送至计算机9-2，计算机9-2得到地表湿陷变形量、不同深度湿陷变形量、体积含水率、压应力、孔隙水压力、侧向位移、地下水位和裂缝尺寸等试验数据，且各个传感器监测数据的同时，时钟模块4记录试验数据发生变化的时间，精准可靠；计算机9-2通过互联网9-3将得到的地表湿陷变形量、不同深度湿陷变形量、压应力、孔隙水压力、侧向位移、地下水位和裂缝尺寸等试验数据发送至服务器9-4进行存储，方便查看和管理，且计算机9-2能对地表湿陷变形量、不同深度湿陷变形量、体积含水率、压应力、孔隙水压力、侧向位移、地下水位和裂缝尺寸等试验数据进一步分析，从而从为在现场工程建设设计提供了可靠的依据。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种现场试坑浸水试验监测系统，其特征在于：包括安装在现场试坑的数据采集装置和对现场试坑浸水试验进行监测的数据监测终端(9)，所述数据采集装置包括用于采集所述现场试坑浸水试验数据的数据采集模块(2)和与所述数据采集模块(2)相接的数据采集控制模块，所述数据监测终端(9)包括与所述数据采集控制模块无线通信的计算机(9-2)和与计算机(9-2)无线通信且用于存储试验数据的服务器(9-4)，所述数据采集模块(2)包括与所述数据采集控制模块相接的数据采集器(2-1)以及与数据采集器(2-1)相接的传感器模块，所述传感器模块包括用于监测所述现场试坑所在湿陷性土层的湿陷变形量的湿陷量监测模块(2-2)、用于监测所述现场试坑所在湿陷性土层的体积含水率的土壤水分计(2-3)、用于监测所述现场试坑所在湿陷性土层的压应力的土压力计(2-4)和用于监测所述现场试坑所在湿陷性土层的孔隙水压力的孔隙水压力计(2-5)，以及用于监测所述现场试坑周侧不同深度的侧向位移的测斜仪(2-6)、用于监测所述现场试坑所在湿陷性土层的地下水位的水位计(2-7)和用于监测所述现场试坑所在地表的裂缝尺寸的裂缝计(2-8)，所述湿陷量监测模块(2-2)包括用于监测所述现场试坑所在地表的湿陷变形量的地表沉降计(2-2-1)和用于监测所述现场试坑底部下方竖直方向不同深度的湿陷变形量的分层沉降计(2-2-2)，所述地表沉降计(2-2-1)、分层沉降计(2-2-2)、土壤水分计(2-3)、土压力计(2-4)、孔隙水压力计(2-5)、测斜仪(2-6)、水位计(2-7)和裂缝计(2-8)的输出端均与数据采集器(2-1)的输入端相接。

2.按照权利要求1所述的一种现场试坑浸水试验监测系统，其特征在于：所述数据采集控制模块包括微控制器(3)以及与微控制器(3)相接的第一无线通信模块(3-1)、时钟模块(4)和数据存储器(5)，所述微控制器(3)的输入端接有参数设置按键(6)，所述微控制器(3)的输出端接有报警器(7)，所述数据采集器(2-1)与微控制器(3)相接，所述数据采集器(2-1)和微控制器(3)的输入端接有供电模块(1)；

所述数据监测终端(9)还包括与计算机(9-2)相接的第二无线通信模块(9-1)，所述第一无线通信模块(3-1)与第二无线通信模块(9-1)进行无线双向通信。

3.按照权利要求1或2所述的一种现场试坑浸水试验监测系统，其特征在于：所述计算机(9-2)通过互联网(9-3)与服务器(9-4)进行数据通信。

4.按照权利要求2所述的一种现场试坑浸水试验监测系统，其特征在于：所述供电模块(1)包括蓄电池(1-3)、与蓄电池(1-3)输入端相接的市电模块(1-2)与太阳能模块(1-1)以及与蓄电池(1-3)输出端相接的电压转换模块，所述电压转换模块包括与蓄电池(1-3)输出端相接的12V转5V电压转换模块(1-4)和与12V转5V电压转换模块(1-4)输出端相接的5V转3.3V电压转换模块(1-5)，所述5V转3.3V电压转换模块(1-5)的输出端与微控制器(3)和数据采集器(2-1)的输入端相接。

5.按照权利要求2所述的一种现场试坑浸水试验监测系统，其特征在于：所述微控制器(3)的输入端接有对供电模块(1)输出电压进行检测的电压检测模块(8)，所述电压检测模块(8)与供电模块(1)的输出端相接。

6.按照权利要求2所述的一种现场试坑浸水试验监测系统，其特征在于：所述第一无线通信模块(3-1)与第二无线通信模块(9-1)均为3G模块、4G模块、GPRS无线通信模块、北斗无线通信模块、蓝牙模块、WIFI模块、ZigBee模块或者数传电台。

7.按照权利要求2所述的一种现场试坑浸水试验监测系统，其特征在于：所述微控制器(3)为单片机、DSP微控制器或ARM微控制器。