一种基于滑动变阻器测土体变形的观测装置及量测方法

文档序号:10529858阅读:431来源:国知局
一种基于滑动变阻器测土体变形的观测装置及量测方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于滑动变阻器测土体变形的观测装置及量测方法,包括:固定于路面混凝土结构层的护筒,固定于护筒内壁的盒体,固定于盒体内壁的导电件,接触导电件的电刷,置于土体内部并置于上述护筒下的沉降板,连接于电刷与沉降板的连接件,引出于导电件的上下端和电刷并连通测量仪器测出导电件与电刷之间的变化电阻的导线。本发明提供一种仪器及测量方法代替地表沉降及分层沉降的测量,将沉降转为电信号输出,测量结果精确;同时,本发明不仅能够观测地表沉降,使用多个本装置还能够观测土体分层沉降;采用本发明可以有效且及时的测出土体相对结构层位移的变化规律,且操作简单,结果精确,测量值真实可靠。
【专利说明】
一种基于滑动变阻器测土体变形的观测装置及量测方法
技术领域
[0001]—种观测装置以及测量方法,特别是一种土体位移的观测装置以及测量方法。
【背景技术】
[0002]在采用顶管隧道或盾构隧道改造城区交通或电网工程时,都会涉及到地表沉降及深层土体分层沉降的测量。沉降的大小直接影响着隧道施工对周围环境的影响程度,及时而精确地对沉降进行观测,可以很好的用来调整设计及施工参数,以尽可能的减小隧道施工带来的环境影响。因此,沉降的测量只能在现场进行。
[0003]目前,工程上普遍采用的现场地表沉降观测方法,是将一定直径的钢筋埋入地下30cm以上,保证其进入地基土层,若测点位置为道路路面或混凝土硬层时,还需用开孔机将硬层打穿,然后再埋入钢筋,孔中用细砂回填,同时需保证钢筋高出地面一定距离,并做好相关保护措施。在现场采用的分层沉降观测方法,则是用钻机在土体内部开孔至一定深度,然后将沉降环埋入规定深度,最后用分层沉降仪测出每个磁环的沉降量。这种沉降观测方法在实际应用中常出现一些问题,一是由于地面沉降观测点高出地面一定距离,容易受到施工影响而被破坏,破坏后不能修补;二是对顶管或是盾构施工时,在工具管进出洞洞口附近常有大型机械,可能导致在测量时视线受阻而产生麻烦;三是测量土体分层沉降时,顶管或盾构施工对分层沉降管会造成影响,会使分层沉降管本身因土体移动而产生上移或下沉,影响真实的分层沉降观测效果,间接影响到工程人员及时了解地表沉降或土体分层沉降的发展规律以合理有效的评估施工对周边环境的影响;加上分层沉降仪探头易受人为因素及自然因素影响而破坏,修理或更换仪器又将产生一定的费用,不够经济;另外进行分层沉降仪为刻度读数,读数的人为误差大,从而影响对工程的评价结果;现有技术还未解决这样的问题。

【发明内容】

[0004]为解决现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种仪器及测量方法代替地表沉降及分层沉降的测量,将沉降转为电信号输出,测量结果精确;同时,本发明不仅能够观测地表沉降,使用多个本装置还能够观测土体分层沉降;采用本发明可以有效且及时的测出土体相对结构层位移的变化规律,且操作简单,结果精确,测量值真实可靠。
[0005]为了实现上述目标,本发明采用如下的技术方案:
[0006]—种基于滑动变阻器测土体变形的观测装置,包括:固定于路面混凝土结构层的护筒,固定于护筒内壁的盒体,固定于盒体内壁的导电件,接触导电件的电刷,置于土体内部并置于上述护筒下的沉降板,连接于电刷与沉降板的连接件,引出于导电件的上下端和电刷并连通测量仪器测出导电件与电刷之间的变化电阻的导线。
[0007]前述的一种基于滑动变阻器测土体变形的观测装置,护筒下设有多个供连接件通过的通孔。
[0008]前述的一种基于滑动变阻器测土体变形的观测装置,盒体与连接件的连接处设有防水橡胶套。
[0009]前述的一种基于滑动变阻器测土体变形的观测装置,还包括:盖于上述护筒上的护盖。
[0010]前述的一种基于滑动变阻器测土体变形的观测装置,导电件为导电塑料。
[0011]前述的一种基于滑动变阻器测土体变形的观测装置,导电塑料的下方与盒体之间的距离为Icm0
[0012]前述的一种基于滑动变阻器测土体变形的观测装置,连接件为导杆。
[0013]前述的一种基于滑动变阻器测土体变形的观测装置的量测方法,包括如下步骤:
[0014]步骤一:装设观测装置;
[0015]步骤二:观测并用测试仪器测出各导线所对应的电阻值;
[0016]步骤三:换算出各层土体的相对于路面结构层的位移量;具体换算过程为:
[0017]a,根据公式 R = pLi/S 可得:Li=RS/p
[0018]R为实际测得的电阻值,单位为Ω ;p为导电塑料电阻率,单位Ω 为导电塑料横截面面积,单位为m2;Li为电刷与导电塑料之间的长度,单位为m;
[0019]b,根据Li=RS/p算出初始间距L0,施工后间隔一段时间再测出电阻,算出实际间距L1、Li+l,则本次土体的相对于路面结构层的位移变形为:
[0020]ALi = L1-Li + 1 ;当Δ Li>0时,则土体表现为隆起;当Δ Li〈0时,则土体表现为沉降;土体最终相对位移量S为:S = Σ Δ Li。
[0021]本发明的有益之处在于:
[0022](I)采用基于滑动变阻器原理的本装置代替原有的地面沉降观测点及分层沉降观测点,将土体的沉降变形转化为电信号输出,可避免在观测土体沉降时因施工带来的不便。
[0023](2)采用万用表或阻抗测试仪等其他可直接或间接测出电阻变化的仪器,通过公式换算得出土体内部变形相对于路面结构层的位移,观测沉降时简单方便,可以减小工作量,并能够更为准确的研究在顶管或盾构隧道施工时土体的实时变形规律。
[0024](3)采用本发明对施工期间进行土体相对结构层位移时,可不受环境影响,采用常规方法观测沉降时,雨天天气会对水准仪或经玮仪等其他仪器的使用产生不便。
[0025](4)本发明不仅能够观测地表沉降,使用多个本装置还能够观测土体分层沉降;传统分层沉降仪探测探头容易受施工或环境因素影响而破坏,修理或更换探头又将产生一定费用,不够经济,本发明能够较好的弥补这一缺点,且操作简单,可以减少读数时的误差。
【附图说明】
[0026]图1是本发明的一种实施例的截面图;
[0027]图2是本发明盒体上部的一种实施例的截面图;
[0028]图3是本发明盒体下部的一种实施例的截面图;
[0029]图中附图标记的含义:
[0030]I路面混凝土结构层,2护筒,3盒体,4导电塑料,5导杆,6电刷,7沉降板,8导线,9防水橡胶套,10护盖。
【具体实施方式】
[0031]以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
[0032]一种基于滑动变阻器测土体变形的观测装置,其特征在于,包括:固定于路面混凝土结构层的护筒2,固定于上述护筒内壁的盒体3,固定于盒体3内壁的导电件,接触导电件的电刷6,置于土体内部并置于护筒2下的沉降板7,连接于电刷6与沉降板7的连接件,引出于上述导电件的上下端和电刷6并连通测量仪器测出导电件与电刷6之间的变化电阻的导线8。作为一种优选,导电件为导电塑料4。连接件为导杆5。
[0033]为了进行多层沉降测量,护筒下设有多个供连接件通过的通孔。若只需对施工时地表沉降进行观测,则采用一个本装置即可,若需对施工时土体的分层沉降经常观测,则可以使用多个本装置联合使用,【具体实施方式】为:对于每个盒体3,如若条件允许,其内部可布置2-3根导杆5,并保证其上部电刷均能够在导电塑料上自由滑动,且相互之间不受影响,导杆5伸入土体内部深度按设计要求,埋至一定位置;对于护筒2内壁,可沿内壁固定多个盒体3,其他元件布置方法同上,对每根导杆5埋入土体的深度可根据实际施工设计要求进行,SP可测出在顶管或盾构施工时土体的相对分层沉降。
[0034]为了实现盒体防水,盒体与连接件的连接处设有防水橡胶套;在护筒上还盖有护至
ΠΠ O
[0035]如图1所示,一种基于滑动变阻器测土体沉降的观测装置,包括:通过螺栓或焊接等方式将护筒2固定于路面混凝土结构层1,护筒下方有若干空洞方便导杆5穿过,导电塑料4固定于盒体3内壁,长方形盒体3可采用螺栓或焊接等方法固定于护筒2内壁,导杆5通过盒体3下方带有防水橡胶套9进入盒体3,导杆5上部固定一电刷6,如图2所示,两者之间可采用绝缘层隔开,以免影响观测效果,并保证电刷6时刻与导电塑料4相接触,导电塑料4长度为10-20cm,距离量程可根据实际工程作出相应改变,导电塑料4与盒体3之间涂有一层绝缘层,保证两者不相互导电,导电塑料4下方与盒体保留Icm左右距离,以免由于土体变形过大导致超过装置量程,只要超出量程,则电刷6与导电塑料4相互分离,即无法测出读数,方便及时发现该问题。盒体3下部防水橡胶套9是为了防止由于降水等其他原因导致水进入盒体3内部,影响实际测量结果,如图3所示。在导电塑料4上下端与电刷6各引出一条导线8,导线8引出盒体3时,需做好防水措施。导杆5穿过护筒进入土体内部并与沉降板7相连接,其中,导杆5与护筒2下部空洞之间无摩擦,保证导杆5可随着沉降板因土体的变形而自由上升或下沉,电刷6也将随着土体的变形而上下移动,导杆5材料可选为不锈钢或小直径钢筋等,最后将护盖10盖于护筒2上方,以保护观测装置不受施工破坏。该装置原理为滑动变阻器原理,实际上是一个位移传感器。在各项工作均做好后,通过导线8,采用万用表或阻抗测试仪等可直接或间接的测出电刷6与导电塑料4之间的变化电阻。
[0036]一种基于滑动变阻器测土体变形的观测装置的量测方法,包括如下步骤:
[0037]步骤一:装设观测装置;
[0038]步骤二:观测并用测试仪器测出各导线所对应的电阻值;
[0039]步骤三:换算出各层土体的相对于路面结构层的位移量;具体换算过程为:
[0040]a,根据公式 R = pLi/S 可得:Li=RS/p
[0041]R为实际测得的电阻值,单位为Ω ;p为导电塑料电阻率,单位Ω 为导电塑料横截面面积,单位为m2;Li为电刷与导电塑料之间的长度,单位为m;
[0042]b,根据Li=RS/p算出初始间距L0,施工后间隔一段时间再测出电阻,算出实际间距L1、Li+l,,则本次土体的相对于路面结构层的位移变形为:
[0043]ALi = L1-Li + 1 ;当Δ Li>0时,则土体表现为隆起;当Δ Li〈0时,则土体表现为沉降;土体最终相对位移量S为:S = Σ Δ Li。
[0044]具体说明测量方法以及注意事项:
[0045]首先使用钻机将路面混凝土结构层破掉,然后继续往下钻孔,直至预计底标高,然后将沉降板与导杆连接好后放入孔内直至设计标高,导杆可选用每节Im或0.5m的可接长不锈钢或小直径钢筋,若需观测土体分层沉降,则各沉降板位置标高需提前计算好,然后依次放入孔中。插入盒体内部的导杆事先已经制作好并已伸出盒体3,包括内部导电塑料的固定、导杆上部电刷的安置及导线的连接等都已做好,然后只需将伸出盒体外部的导杆与孔中导杆连接即可,最后在孔中回填砂加水密实至离地表50cm时,放入护筒并将护筒2固定于路面结构层,然后再将导杆与盒体3连接好并依次将盒体固定于路面结构层,导线上标记好各自所测量的土体深度,然后置于护筒中,并将护盖10盖与护筒上部,以防施工时对仪器造成破坏。
[0046]在顶管或盾构隧道施工时对所在测点位置进行观测,观测时,拿开护盖,将导线整理好,然后用万用表或阻抗测试仪测出各导线所对应的电阻值,再通过上述方法换算出各层土体的相对于路面结构层的位移量。由于顶管施工或盾构施工,在工具管进出洞洞口附近常有大型机械停于此,采用常规方法观测土体沉降时经常由于视线受阻而不能及时对土体变形进行观测,且在实际工程上,洞口的沉降观测点经常受到施工影响,测量结果不准确,再加上在工具管向前掘进时,分层沉降管本身会因土体变形而产生上移或下沉,实际所测的分层沉降位移受到了这部分的影响,导致所测结果不准确,而由于路面混凝土结构层刚度相对土体较大,因施工而产生的沉降变形发展较为缓慢且变形较小,因此,可先默认结构层位移不变,采用本装置测出土体相对于结构层的位移,最后可在护筒附近路面结构层打一道钉作为路面结构层的沉降观测点,对于顶管或者盾构施工时,可定期观测路面结构层实际沉降,最后土体的实际沉降则是由本装置所测得的相对位移与路面结构层实际位移的叠加。
[0047]在固定护筒2及固定盒体3时,护筒的垂直度需控制好,切不可歪歪斜斜,盒体固定于护筒时,垂直度也要控制好,特别是对中性,以免出现不对中时,导杆出现偏斜导致测量结果不准确。在测量电阻时切不可将三条线接错,以免发生短路对仪器造成破坏。
[0048]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解,上述实施例不以任何形式限制本发明,凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案,均落在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种基于滑动变阻器测土体变形的观测装置,其特征在于,包括:固定于路面混凝土结构层的护筒,固定于上述护筒内壁的盒体,固定于上述盒体内壁的导电件,接触上述导电件的电刷,置于土体内部并置于上述护筒下的沉降板,连接于上述电刷与沉降板的连接件,引出于上述导电件的上下端和电刷并连通测量仪器测出导电件与电刷之间的变化电阻的导线。2.根据权利要求1所述的一种基于滑动变阻器测土体变形的观测装置,其特征在于,上述护筒下设有多个供上述连接件通过的通孔。3.根据权利要求1所述的一种基于滑动变阻器测土体变形的观测装置,其特征在于,上述盒体与连接件的连接处设有防水橡胶套。4.根据权利要求1所述的一种基于滑动变阻器测土体变形的观测装置,其特征在于,还包括:盖于上述护筒上的护盖。5.根据权利要求1所述的一种基于滑动变阻器测土体变形的观测装置,其特征在于,上述导电件为导电塑料。6.根据权利要求5所述的一种基于滑动变阻器测土体变形的观测装置,其特征在于,上述导电塑料的下方与盒体之间的距离为lcm。7.根据权利要求1所述的一种基于滑动变阻器测土体变形的观测装置,其特征在于,上述连接件为导杆。8.根据权利要求1所述的一种基于滑动变阻器测土体变形的观测装置的量测方法,其特征在于,包括如下步骤: 步骤一:装设观测装置; 步骤二:观测并用测试仪器测出各导线所对应的电阻值; 步骤三:换算出各层土体的相对于路面结构层的位移量;具体换算过程为: a,根据公式R=pLi/S可得:Li = RS/p R为实际测得的电阻值,单位为Ω ;p为导电塑料电阻率,单位Ω 为导电塑料横截面面积,单位为m2;Li为电刷与导电塑料之间的长度,单位为m; b,根据Li=RS/p算出初始间距L0,施工后间隔一段时间再测出电阻,算出实际间距L1、Li + Ι,,则本次土体的相对于路面结构层的位移变形为:Δ Li = L1-Li+l;当ALi>0时,则土体表现为隆起;当A Li〈0时,则土体表现为沉降;土体最终相对位移量S为:S= Σ Δ Li。
【文档编号】E02D1/08GK105887792SQ201610225807
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月12日
【发明人】陈文伟, 吴跃东, 黄燕红, 惠炜, 杨冬, 刘国冲, 蒋惠斌
【申请人】河海大学
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