CN108534730A - 一种用于实时测量土体深层水平位移和表面沉降的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于实时测量土体深层水平位移和表面沉降的装置，它包括：位移测量传感器、分布式光纤解调仪、数据分析系统；位移测量传感器包括监测杆、设置在监测杆上整体呈U字型的光纤、设置在监测杆上端部的沉降测量传感器；监测杆包括底部设有尖端的测量杆和以螺纹连接在测量杆上部的加长杆；光纤的一端与分布式光纤解调仪相连接，数据分析系统与分布式光纤解调仪相连接。本发明与传统监测技术相比，无需钻孔，采用静载挤压的方式将测量杆一节一节垂直打入土体，施工方便快速；项目结束后监测杆及光纤可回收重复使用；设计简单，集沉降监测、水平位移监测于一体；测量速度快，直观显示，工程应用性强。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程监测技术领域，具体涉及一种用于实时测量土体深层水平位移和表面沉降的装置。
背景技术
现有的土体深层水平位移的测量方式主要是人工进行分段测量，这样的测量方式结果不连续，存在测量盲区；测量过程时间较长，无法实现实时和自动化的监测；活动式测斜仪易损坏，耐久性较差；土体变形较大时，测斜管弯曲超过一定角度后测斜仪即无法通过，导致测点失效；测斜管内落入杂物或管内渗入大量淤泥，测斜仪无法通过，亦会导致测点失效。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于实时测量土体深层水平位移和表面沉降的装置。主要运用于深层土体的水平位移量测，通过钢管与土体的协调变形，光纤测量钢管表面应变，超宽带无线定位系统测量端部位移，将应变数据与端部位移数据通过位移测量系统计算土体各位置的水平位移，并实时显示土体的变形状态，实现深层土体的连续实时监测。制作简单，结果准确、工程应用性强。
一种用于实时测量土体深层水平位移和表面沉降的装置，其特征在于：它包括：位移测量传感器、分布式光纤解调仪、数据分析系统；所述的位移测量传感器包括监测杆、设置在监测杆上的光纤、设置在监测杆上端部的沉降测量传感器；所述的监测杆包括底部设有尖端的测量杆和以螺纹连接在测量杆上部的加长杆；所述的测量杆的侧面设有光纤固定凹槽；所述的尖端上侧设有连接光纤固定凹槽的连接孔；所述的光纤安装在光纤固定凹槽内，底部由连接孔穿过，整体呈U字型；所述的光纤设置在光纤固定凹槽內，光纤的一端通过跳线与分布式光纤解调仪相连接，数据分析系统与分布式光纤解调仪相连接；
进一步的，所述的有光纤固定凹槽呈半圆柱状，光纤固定凹槽的开口处尺寸小于光纤的直径；
进一步的，所述的光纤固定凹槽设置在测量杆的侧面，轴线两侧，且与测量杆的轴线相互平行设置；
进一步的，所述的加长杆的侧面，轴线两侧设有光纤固定凹槽，且与测量杆的轴线相互平行设置；
进一步的，所述的光纤固定凹槽上还设有将光纤固定在光纤固定凹槽内的光纤锁定装置，所述的光纤锁定装置包括设置在加长杆、测量杆的光纤固定凹槽两侧的螺纹孔和经螺栓固定的光纤锁定环；
进一步的，所述的沉降测量传感器为超宽带无线定位系统；
进一步的，所述数据分析系统包括应变量测系统、水平位移计算系统、沉降计算系统以及结果显示界面四个部分。
本发明的有益效果：与传统监测技术相比，无需钻孔，采用静载挤压的方式将测量杆一节一节垂直打入土体，施工方便快速；项目结束后监测杆及光纤可回收重复使用；设计简单，集沉降监测、水平位移监测于一体；测量速度快，直观显示，工程应用性强。
附图说明
图1为本发明一种用于实时测量土体深层水平位移和表面沉降的装置的使用状态图；
图2为本发明一种用于实时测量土体深层水平位移和表面沉降的装置的主视图；
图3为本发明一种用于实时测量土体深层水平位移和表面沉降的装置的主视图；
图4为本发明一种用于实时测量土体深层水平位移和表面沉降的装置的左视图；
图5为本发明一种用于实时测量土体深层水平位移和表面沉降的装置的测量杆与加长杆连接部位剖视图；
图6为本发明一种用于实时测量土体深层水平位移和表面沉降的装置的A-A截面图；
图7为本发明一种用于实时测量土体深层水平位移和表面沉降的装置的测量杆的剖视图；
图8为本发明一种用于实时测量土体深层水平位移和表面沉降的装置的加长杆的剖视图。
具体实施方式
实施例：
请参见附图1-8,一种用于实时测量土体深层水平位移和表面沉降的装置，它包括：位移测量传感器、分布式光纤解调仪8、数据分析系统9；
所述的位移测量传感器包括监测杆1、设置在监测杆1表面的光纤2以及设置在监测杆1上端部的沉降测量传感器3；
所述的监测杆1包括底部设有尖端113的测量杆11和以螺纹连接在测量杆11上部的加长杆12；
所述的光纤2设置在监测杆1上，光纤2的一端通过跳线81与分布式光纤解调仪8相连接，数据分析系统9与分布式光纤解调仪8相连接；
所述的测量杆11呈圆柱形、管状，一般采用钢管加工而成，长度为3m；
所述的测量杆11的侧面设有光纤固定凹槽111，光纤固定凹槽111位于测量杆11的轴线两侧，且与测量杆11的轴线相互平行设置；
所述的尖端113上侧设有连接光纤固定凹槽111的连接孔1131；
所述的加长杆12呈圆柱状，截面尺寸与测量杆11的截面尺寸相同，一般采用钢管加工而成，长度为 3m；
所述的加长杆12的侧面，设有与测量杆11相同尺寸的光纤固定凹槽111；
所述的有光纤固定凹槽111呈半圆柱状，光纤固定凹槽111的开口处尺寸小于光纤(2)的直径，为了保证光纤2在光纤固定凹槽111内不会出现滑动或者脱落的现象，所述的光纤固定凹槽111上还设有将光纤固定在光纤固定凹槽111内的光纤锁定装置，所述的光纤锁定装置包括设置在加长杆12、测量杆11的光纤固定凹槽111两侧的经螺栓固定的光纤锁定环115；
所述的光纤锁定环115的设置间隔为0.3m，均匀的排布在光纤固定凹槽111的外部；用以将光纤2固定在光纤固定凹槽111内；
所述的测量杆11的上部设有螺纹接口114；
所述的加长杆12的底部与测量杆11上部的螺纹接口114相匹配的螺纹连接部121；
所述的加长杆12的上部设有连接螺纹接口114；
所述的加长杆12与测量杆11螺纹连接；
为了保证在加长杆12与测量杆11螺纹连接时加长杆12与测量杆11的光纤固定凹槽111能够相互匹配，在螺纹连接部121上设有调整螺母122；用于调节加长杆12与测量杆11的相对位置关系；
所述的光纤2安装在光纤固定凹槽111内，底部由连接孔1131穿过，整体呈U字型；所述的光纤2 的一端通过跳线81与分布式光纤解调仪8相连接；
所述的沉降测量传感器3为超宽带无线定位系统。
所述数据分析系统包括应变量测系统、水平位移计算系统、沉降计算系统以及结果显示界面四个部分。
使用时，首先确定埋设深度，取两倍深度长光纤2，将光纤2从最底部一节测量杆11的连接孔1131 穿过形成U型回路，将光纤2放置到光纤固定凹槽111内，用光纤锁定环115将光纤锁定在光纤固定凹槽 111内，将测量杆11打入土体，在螺纹接口114涂上螺丝胶，套上垫圈，连接一加长杆12，用调整螺母 122调整测量杆11和加长杆12的圆周位置关系，使得测量杆11和加长杆12的光纤固定凹槽111位置相对应，然后将光纤2在放置到加长杆12的光纤固定凹槽111内，用光纤锁定环115将光纤锁定；重复以上步骤，直至达到埋设深度，在监测杆1的上部安装沉降测量传感器3。
所述的分布式光纤解调仪8获取钢管两侧光纤的应变数据，并将数据传输至数据分析系统9中，根据数据计算位移。
监测杆两侧对称布设光纤(整体呈U字型)，这么布置的原因是为了抵消温度变化产生的应变，具体如下：
同一截面处光纤测量的应变包括监测杆的轴向应变和弯矩应变，以及温度变化产生的应变，其中由于基坑土体水平位移产生的是弯矩应变。通过在测斜管外侧相对180°的两个方向上布设光纤，再进行适当的运算求出弯矩应变值，过程如下：
其中为弯矩引起的正应变，为弯矩引起的负应变，εT为温度引起的应变，εN为轴向应变，则该截面处的弯矩应变为
由于监测杆随土体协调变形，光纤与监测杆又紧密连接(通过固定凹槽及锁固环)、协调变形，抵消温度影响后的光纤应变即为监测杆的表面应变，利用应变-位移转化公式即可实现从应变到位移的转化，通过光纤测得的应变数据从而计算出土体的深层水平位移。计算方法如下：
其中位移矩阵系数矩阵应变矩阵h为监测杆的直径，z为应变数据采样间隔。
通过数据分析系统中水平位移计算系统将应变数据计算成钢管各测点的位移数据，显示操作界面将位移数据与沉降监测数据实时直观展示。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于实时测量土体深层水平位移和表面沉降的装置，其特征在于：它包括：位移测量传感器、分布式光纤解调仪(8)、数据分析系统(9)；
所述的位移测量传感器包括监测杆(1)、设置在监测杆(1)上的光纤(2)、设置在监测杆(1)上端部的沉降测量传感器(3)；
所述的监测杆(1)包括底部设有尖端(113)的测量杆(11)和以螺纹连接在测量杆(11)上部的加长杆(12)；
所述的测量杆(11)的侧面设有光纤固定凹槽(111)；所述的尖端(113)上侧设有连接光纤固定凹槽(111)的连接孔(1131)；所述的光纤(2)安装在光纤固定凹槽(111)内，底部由连接孔(1131)穿过，整体呈U字型；
所述的光纤(2)的一端通过跳线(81)与分布式光纤解调仪(8)相连接，数据分析系统(9)与分布式光纤解调仪(8)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于实时测量土体深层水平位移和表面沉降的装置，其特征在于：所述的光纤固定凹槽(111)呈半圆柱状，光纤固定凹槽(111)的开口处尺寸小于光纤(2)的直径。
3.根据权利要求2所述的一种用于实时测量土体深层水平位移和表面沉降的装置，其特征在于：所述的光纤固定凹槽(111)设置在测量杆(11)的侧面，轴线两侧，且与测量杆(11)的轴线相互平行设置。
4.根据权利要求3所述的一种用于实时测量土体深层水平位移和表面沉降的装置，其特征在于：所述的加长杆(12)的侧面，轴线两侧设有光纤固定凹槽(111)，且与测量杆(11)的轴线相互平行设置。
5.根据权利要求4所述的一种用于实时测量土体深层水平位移和表面沉降的装置，其特征在于：所述的光纤固定凹槽(111)上还设有将光纤固定在光纤固定凹槽(111)内的光纤锁定装置，所述的光纤锁定装置包括设置在加长杆(12)、测量杆(11)的光纤固定凹槽(111)两侧的螺纹孔和经螺栓固定的光纤锁定环。
6.根据权利要求1或5所述的一种用于实时测量土体深层水平位移和表面沉降的装置，其特征在于：所述的沉降测量传感器(3)为超宽带无线定位系统。
7.根据权利要求1所述的一种用于实时测量土体深层水平位移和表面沉降的装置，其特征在于：所述数据分析系统包括应变量测系统、水平位移计算系统、沉降计算系统以及结果显示界面四个部分。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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