CN209541726U - 一种用于振动台模型箱试验的土体分层沉降测量杆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于振动台模型箱试验的土体分层沉降测量杆。该杆件包括定位杆、测量套筒、光纤光栅传感器三部分。定位杆的底端设计有螺纹，上部设计有弹簧及楔形槽，楔形槽下端有C型限位片，测量套筒套在定位杆上面。测量套筒由顶盖、底盖、连接筒、Z形弹片及定位片组成，测量套筒整体可以随土体上下移动。测量套筒在移动时，Z形弹片在楔形槽内滑动并变形，在Z形弹片上粘贴光纤光栅传感器可以监测该变形量，进而换算出土体的沉降量。本实用新型沉降测量杆实现了土体单孔多点的沉降测量，由于简便的杆件结构形式使其能随着土体做水平和竖向移动，非常适合于振动台模型箱试验。

Description

一种用于振动台模型箱试验的土体分层沉降测量杆

技术领域

本实用新型涉及土工模型试验技术领域，尤其涉及一种用于振动台模型箱试验的土体分层沉降测量杆，是结合光纤光栅技术来测量土体分层沉降量的高精度测量杆。

背景技术

地震是破坏性十分严重的自然灾害。在地震中，常见的地震破坏现象就是发生喷水冒砂，地表塌陷，液化大变形，液化诱发地面侧移等。在利用振动台模型箱试验研究地基土的动力特性时，土体的分层沉降量是重要的监测指标。在地基土的振动台模型箱试验中，需要用到的主要仪器设备有模型箱，加速度传感器，孔压传感器及土体沉降测量杆等。

目前，工程上对竖向分层位移的监测,主要通过位移计或埋设光纤进行量测。传统的位移计等点式监测设备,采用电阻式、电感式、电容式、压电式等位移计,易受雷击等电磁干扰大,故障概率高。在振动台模型箱试验中，目前采用在土体表面设置位移传感器监测土体沉降，不能监测不同土层的沉降；同时，由于模型箱中的土体体积较小，要求沉降测量杆体积不宜过大，避免测量杆刚度与土体刚度相差太大而在振动过程中造成测量杆与土体严重分离；土体在振动台作用下做水平和竖向的振动，要求测量杆能够随土体振动，以保持两者的协调运动。中国专利申请201310338686.0公开的一种“一种监测土体分层沉降的测量方法”,可以精确测量现场土体沉降量，但不适用于小型室内模拟土体分层变形状况。中国专利申请201521030413.0公开的一种“一种土体分层沉降测量杆”，可以实现土体单孔多点的沉降测量，非常适用于竖向加载的室内模型箱试验，但是不适用于振动台试验。中国专利申请201610201921.3公开的一种“用于土体分层变形监测的智能测试杆、测量标定方法和评定方法”，可以精确地测试小型室内模拟土体分层变形状况，但是测试杆还是存在仪器太大不易便携移动，甚至出现操作困难的现象。

综上所述,探索一种单孔多点监测、观测精度高、使用简便，且适用于振动台模型箱试验等为一体的新型土体分层沉降监测的测量杆,很有必要。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于振动台模型箱试验的土体分层沉降测量杆，该测量杆可实现对模型箱内土体进行单孔多点的沉降测量，且体积灵巧简便，非常适合用于振动台模型箱试验。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于振动台模型箱试验的土体分层沉降测量杆，包括定位杆(1)、测量套筒(2)、光纤光栅传感器(3)。所述定位杆(1)底部设计有10mm长的螺纹，上部有矩形定位滑槽(7)、弹簧(8)、C形限位片(9)、30mm长的楔形槽(10)，弹簧(8)套在定位杆(1)上部并由C形限位片(9)支撑；所述测量套筒(2)由顶盖(4)、底盖(5)、连接筒(6)、Z形弹片(11)及定位片(12)组成，所述顶盖(4)上部为外径11mm，内径8mm的小圆柱筒，小圆柱上端面设计有连接用的螺孔，顶盖(4)下部为两层外径不同的大圆柱筒，所述顶盖(4)下端面用螺帽连接有Z形弹片(11)和定位片(12)，所述Z形弹片(11)下端搭在楔形槽(10)内，所述定位片(12)一端嵌入矩形定位滑槽(7)内；所述底盖(5)上部为两层外径不同的大圆柱筒，下部为外径11mm，内径8mm的小圆柱筒；所述连接筒(6)为上下端外径及厚度相同，中端外径及厚度不同的大圆柱筒，所述连接筒(6)上端及下端通过螺栓分别与顶盖(4)及底盖(5)连接组成测量套筒(2)，所述测量套筒(2)套在定位杆(1)上部，由弹簧(8)及定位片(12)支撑；所述定位杆(1)与测量套筒(2)组成标准杆，即形成一个测点，将多个标准杆首尾相连，即形成可以测量多层土体沉降的土体分层沉降测量杆，沉降测量杆的最下层定位杆(1)通过螺纹与底座(13)相连接；所述光纤光栅传感器(3)中间部分粘贴在Z形弹片(11)上，两端由所述顶盖(4)及底盖(5)上预留的孔洞穿出，并引出沉降测量杆与光纤光栅解调仪相接。

优选的，所述定位杆(1)为圆柱体，直径为8mm。

优选的，所述顶盖(4)下部及底盖(5)上部的两层圆柱体，上层圆柱体外径与连接筒(6)上下端圆柱筒外径相同，下层圆柱体外径与连接筒(6)内径相同，三者通过螺栓连接成整体。

优选的，所述楔形槽(10)的长度及坡度可以根据实际情况调整以适应不同大小的土体变形量。

优选的，所述Z形弹片(11)为宽3mm的薄片，搭在楔形槽(10)内的一端较长，与槽底接触的部位切割成锐三角。

优选的，所述所述定位片(12)为宽4mm。

优选的，所述光纤光栅传感器(3)为定制的长条状的薄片，具有线性柔度，能小角度弯曲，光纤光栅传感器上的测点间距根据制作的标准杆长度来决定。

优选的，所述定位杆(1)与测量套筒(2)组成标准杆，最下层标准杆的定位杆(1)与底座(13)相连节，上层标准杆的定位杆(1)通过螺纹与下层标准杆的顶盖(4)上部的小圆柱筒相连，多个标准件相连构成土体分层沉降测量杆。

本实用新型测量杆工作原理如下：

一种用于振动台模型箱试验的土体分层沉降测量杆，将整个测量杆通过底座连接在模型箱的底板上，测量杆整体可以随土体振动。在试验过程中，土体包裹测量杆，测量套筒随土体沿定位杆上下移动，固定在顶盖上的定位片保证测量套筒做限位运动，定位杆顶端的弹簧提供测量套筒上下移动的弹性力，固定在顶盖上的Z形弹片随测量套筒移动时，其活动端沿楔形槽上下滑动，Z形弹片随之弯曲变形，粘贴在Z形弹片上的光纤光栅传感器能反应出该变形量，通过光纤光栅解调仪测出该变形量，通过标定后换算出土体的沉降量，通过多个标准件即可监测多层土体的沉降量，实现土体的单孔多点的精测测量。

本实用新型的的有益效果有：

(1)本实用新型沉降测量杆设计为杆件结构，主体采用铝合金材料制成，其体积小，简便实用，有一定柔度，能随土体做水平和竖向的移动，非常适合于振动台模型箱试验；

(2)本实用新型沉降测量杆能够实现对土体单孔多点的沉降测量，从而避免了因测点过多，插入土体的沉降杆太密而引起杆与杆之间的挤土效应。

附图说明

图1为本实用新型沉降测量杆的主视图；

图2为本实用新型沉降测量杆标准件的剖视图；

图3为本实用新型沉降测量杆定位杆的主视图；

图4为本实用新型沉降测量杆的顶盖主视图；

图5为本实用新型沉降测量杆的顶盖俯视图；

图6为本实用新型沉降测量杆的底盖主视图；

图7为本实用新型沉降测量杆的底盖俯视图；

图8为本实用新型沉降测量杆的连接筒主视图；

图9为本实用新型沉降测量杆的连接筒俯视图。

图中，1、定位杆，2、测量套筒，3、光纤光栅传感器，4、顶盖，5、底盖，6、连接筒，7、矩形定位滑槽，8、弹簧，9、C形限位片，10、楔形槽，11、Z形弹片，12、定位片，13、底座。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图与实施例，对本实用新型作进一步的说明。应当理解，此处所描述的实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1至图9所示，一种用于振动台模型箱试验的土体分层沉降测量杆，包括定位杆(1)、测量套筒(2)、光纤光栅传感器(3)。其特征在于：所述定位杆(1)底部设计有10mm长的螺纹，上部有矩形定位滑槽(7)、弹簧(8)、C形限位片(9)、30mm长的楔形槽(10)，弹簧(8)的公称直径略大于定位杆(1)直径，其弹性不宜过大，弹簧(8)套在定位杆(1)上部并由C形限位片(9)支撑；所述测量套筒(2)由顶盖(4)、底盖(5)、连接筒(6)、Z形弹片(11)及定位片(12)组成，所述顶盖(4)上部为外径11mm，内径8mm的小圆柱筒，小圆柱上端部设计有连接上层定位杆(1)的螺孔，所述顶盖(4)下部为两层外径不同的大圆柱筒，所述顶盖(4)下端面用螺帽连接有Z形弹片(11)和定位片(12)，所述Z形弹片(11)活动端搭在楔形槽(10)内，所述定位片(12)一端嵌入矩形定位滑槽(7)内；所述底盖(5)上部为两层外径不同的大圆柱筒，下部为外径11mm，内径8mm的小圆柱筒；所述连接筒(6)为上下端外径及厚度相同，中端外径及厚度不同的大圆柱筒，所述连接筒(6)上端及下端通过螺栓分别与顶盖(4)及底盖(5)连接组成测量套筒(2)，所述测量套筒(2)套在定位杆(1)上部，由弹簧(8)及定位片(12)支撑；所述定位杆(1)与测量套筒(2)组成标准杆，即形成一个测点，标准件的总长度可以根据测点间距进行调整，将多个标准杆首尾相连，即形成可以测量多层土体沉降的土体分层沉降测量杆，沉降测量杆的最下层定位杆(1)通过螺纹与底座(13)相连接形成稳定结构；所述光纤光栅传感器(3)中间部分粘贴在Z形弹片(11)上，两端由所述顶盖(4)及底盖(5)上预留的孔洞穿出，并引出沉降测量杆与光纤光栅解调仪相接。在试验过程中，土体包裹测量杆，测量套筒(2)随土体沿定位杆(1)上下移动，固定在顶盖(4)上的定位片(12)保证测量套筒(2)做限位运动，定位杆(1)上部的弹簧(8)提供测量套筒(2)上下移动的弹性力，固定在顶盖(4)上的Z形弹片(11)随测量套筒(2)移动时，其活动端沿楔形槽(10)上下滑动，Z形弹片(11)随之弯曲变形，粘贴在Z形弹片(11)上的光纤光栅传感器(3)能反应出该变形量，通过光纤光栅解调仪测出该变形量，通过标定后换算出土体的沉降量，通过多个标准件即可监测多层土体的沉降量，实现土体的单孔多点的精测测量。

本实施例沉降测量杆，主体采用铝合金材料制成，结构牢固简便，重量轻，体积小，单个标准件刚度高，整体杆件具有一定柔度，能随土体作水平和竖向的移动；多个标准件串联，从上到下形成多个测点，测点间距可以通过改变标准件的总高度进行调整，能实现土体的单孔多点测量，满足不同测点间距要求；弹片变形量通过光纤光栅传感器进行测量，并通过光纤光栅解调仪采集，测量精度高，非常适适用于振动台模型箱试验。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、同等替换和改进等，均应落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于振动台模型箱试验的土体分层沉降测量杆，包括定位杆(1)、测量套筒(2)、光纤光栅传感器(3)，其特征在于：所述定位杆(1)底部设计有10mm长的螺纹，上部有矩形定位滑槽(7)、弹簧(8)、C形限位片(9)、30mm长的楔形槽(10)，弹簧(8)套在定位杆(1)上部并由C形限位片(9)支撑；所述测量套筒(2)由顶盖(4)、底盖(5)、连接筒(6)、Z形弹片(11)及定位片(12)组成，所述顶盖(4)上部为外径11mm，内径8mm的小圆柱筒，小圆柱上端部设计有连接用的螺孔，顶盖(4)下部为两层外径不同的大圆柱筒，所述顶盖(4)下端面用螺帽连接有Z形弹片(11)和定位片(12)，所述Z形弹片(11)下端搭在楔形槽(10)内，所述定位片(12)一端嵌入矩形定位滑槽(7)内；所述底盖(5)上部为两层外径不同的大圆柱筒，下部为外径11mm，内径8mm的小圆柱筒；所述连接筒(6)为上下端外径及厚度相同，中端外径及厚度不同的大圆柱筒，所述连接筒(6)上端及下端通过螺栓分别与顶盖(4)及底盖(5)连接组成测量套筒(2)，所述测量套筒(2)套在定位杆(1)上部，由弹簧(8)及定位片(12)支撑，所述定位杆(1)与测量套筒(2)组成标准杆，即形成一个测点，将多个标准杆首尾相连，即形成可以测量多层土体沉降的土体分层沉降测量杆，沉降测量杆的最下层定位杆(1)通过螺纹与底座(13)相连接；所述光纤光栅传感器(3)中间部分粘贴在Z形弹片(11)上，两端由所述顶盖(4)及底盖(5)上预留的孔洞穿出，并引出沉降测量杆与光纤光栅解调仪相接。

2.根据权利要求1所述的一种用于振动台模型箱试验的土体分层沉降测量杆，其特征在于：所述定位杆(1)为圆柱体，直径为8mm。

3.根据权利要求1所述的一种用于振动台模型箱试验的土体分层沉降测量杆，其特征在于：所述顶盖(4)下部及底盖(5)上部的两层圆柱体，上层圆柱体外径与连接筒(6)上下端圆柱筒外径相同，下层圆柱体外径与连接筒(6)内径相同，三者通过螺栓连接成整体。

4.根据权利要求1所述的一种用于振动台模型箱试验的土体分层沉降测量杆，其特征在于：所述楔形槽(10)的长度及坡度可以根据实际情况调整以满足测量不同大小的土体变形量。

5.根据权利要求1所述的一种用于振动台模型箱试验的土体分层沉降测量杆，其特征在于：所述Z形弹片(11)为宽3mm的薄片，搭在楔形槽(10)内的活动端较长，与槽底接触的部位切割成锐三角。

6.根据权利要求1所述的一种用于振动台模型箱试验的土体分层沉降测量杆，其特征在于：所述定位片(12)为宽4mm的薄片。

7.根据权利要求1所述的一种用于振动台模型箱试验的土体分层沉降测量杆，其特征在于：所述光纤光栅传感器(3)为定制的长条状的薄片，具有线性柔度，能小角度弯曲，光纤光栅传感器上的测点间距根据制作的标准杆长度来决定。

8.根据权利要求1所述的一种用于振动台模型箱试验的土体分层沉降测量杆，其特征在于：所述定位杆(1)与测量套筒(2)组成标准杆，最下层标准杆的定位杆(1)与底座(13)相连节，上层标准杆的定位杆(1)通过螺纹与下层标准杆的顶盖(4)上部的小圆柱筒相连，多个标准件相连构成土体分层沉降测量杆。