碎石土边坡含水量传感器成孔布放装置及成孔布放方法与流程

本发明属于地质灾害监测技术领域，更具体地说，是涉及一种碎石土边坡含水量传感器成孔布放装置及成孔布放方法。

背景技术：

随着我国艰险困难山区和特殊地区交通基础设施建设的逐步深化，将会出现越来越多的路堑边坡。由于山区交通基础设施周边地质环境复杂，滑坡、泥石流等地质灾害时有发生，已经成为影响线路安全运营的主要隐患。

现场试验是研究边坡失稳滑移的主要技术手段，为揭示滑坡的形成机理和破坏模式发挥了重要作用。土体含水量作为反映降雨型滑坡稳定状态和预测其失稳滑移的关键参数，对其进行监测具有重要意义。对于土质边坡，洛阳铲可以较快地实现传感器孔体开挖；然而，目前还没有针对土石混合体边坡监测传感器孔体开挖的简便装置和高效布放方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种碎石土边坡含水量传感器成孔布放装置，以解决现有设备难以达到土石混合体边坡含水量传感器孔体快速成型和高效布放的效果的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种碎石土边坡含水量传感器成孔布放装置，用于在碎石土边坡处成孔及布放传感器，包括：成孔机构及布放机构；

所述成孔机构包括钻进驱动电锤、用于调节钻进深度的钻进深度调节单元、用于直接钻孔的水钻钻头及设于所述钻进深度调节单元内部且与所述水钻钻头连通的供水单元，所述水钻钻头通过所述钻进深度调节单元与所述钻进驱动电锤连接，所述水钻钻头内壁设有用于对所述水钻钻头内的岩石施加径向力以方便取出岩体的辅助挤压单元；

所述布放装置包括能沿自身轴向移动的布放深度调节单元及与所述布放深度调节单元的端部可拆卸连接且用于固定所述传感器的固定接头，所述布放深度调节单元上设有用于容纳所述传感器的传输线的导线容纳结构。

进一步地，所述辅助挤压单元包括若干个设于所述水钻钻头内侧壁的钢丝。

进一步地，所述钻进驱动电锤包括电锤本体、与所述电锤本体连接的配重调节杆及与所述配重调节杆连接的配重块，所述钻进深度调节单元设于所述电锤本体的前端，所述配重调节杆设于所述电锤本体的后端。

进一步地，所述钻进深度调节单元包括钻进转换接头、钻进延长杆、钻进连接器及扶正器，所述钻进延长杆之间通过所述钻进连接器连接形成直杆状，所述扶正器套设于所述钻进延长杆外周，所述钻进延长杆的端部通过所述钻进转换接头分别与所述钻进驱动电锤及所述水钻钻头连接，所述钻进延长杆的外侧壁上设有钻进刻度标识。

进一步地，所述供水单元包括设于所述钻进驱动电锤上的水孔、设于所述钻进转换接头内部的第一水道、设于所述钻进延长杆内部且与所述第一水道连通的第二水道及设于所述钻进连接器内部且与所述第二水道连通的第三水道，所述第一水道与所述水钻钻头连通。

进一步地，所述固定接头包括接头本体、设于所述接头本体内部且向所述接头本体前侧开口的容纳腔及设于所述接头本体后端的护套，所述护套中部设有连通所述容纳腔和所述导线容纳结构的连接孔，所述护套与所述钻进深度调节单元的端部连接。

进一步地，所述传感器与所述容纳腔的内壁之间还设有用于防止所述传感器相对所述容纳腔移动的弹性填充结构。

进一步地，所述布放深度调节单元包括布放延长杆及布放连接器，所述布放延长杆之间通过所述布放连接器进行连接，所述布放延长杆的端部通过螺纹连接结构与所述护套连接，所述布放延长杆的外侧壁上设有布放刻度标识。

进一步地，所述导线容纳结构包括设于所述布放延长杆内的第一容纳孔及设于所述布放连接器内且与所述第一容纳孔连通的第二容纳孔。

本发明提供的碎石土边坡含水量传感器成孔布放装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明碎石土边坡含水量传感器成孔布放装置，分别设置用于形成布放孔的成孔机构及用于布放传感器的布放机构，其中的成孔机构通过设置钻进驱动电锤，在利用水钻钻头进行钻孔时，还能进行冲击破断岩层，方便成孔；同时，通过设置辅助挤压单元，能方便的将水钻钻头内的土体或岩体取出，成孔机构结构简单、可快速拆卸组装、携带方便、易操作、工作平台小、适合斜坡作业，可有效提高钻孔工作效率；布放机构通过固定接头固定传感器，并能使传感器的传输线通过导线容纳结构从布放深度调节单元的外端伸出，调节布放深度调节单元的角度及行进动作，可方便精准地调整传感器的布放位置，在布放到位后，通过可拆卸的连接结构，能使布放深度调节单元快捷的脱离固定接头，其结构简单，使用方便，同时可对传输线提供很好的保护，不仅提高了布放精度和效率，还可以保证测试的准确性；成孔机构及布放机构均体积小巧，在使用时可手持进行操作，免去使用支架结构，使用更加方便，角度调节等操作更加灵活，且便于携带，能有效提高使用的便捷性。

本发明还提供一种成孔布放方法，包括如下步骤：

调节所述钻进深度调节单元的角度，开启所述钻进驱动电锤，在预设钻孔位置钻孔，直至钻孔深度与所述水钻钻头深度接近，当所述水钻钻头触及岩体时，驱动所述钻进驱动电锤开启冲击模式，使所述水钻钻头沿钻进方向冲击岩体；

驱动所述钻进驱动电锤反向旋转并向外提拉所述水钻钻头，将所述水钻钻头内的土体或岩体取出，并重复进行钻孔和取出水钻钻头内的土体或岩体，直至布放孔到达预设钻孔深度；

在布放孔内铺设经过筛选的原状土至指定深度；

调节所述布放深度调节单元的角度，使所述布放深度调节单元对准所述布放孔，将安装有所述传感器的所述固定接头下放至所述指定深度；

使所述传感器的探针伸入位于所述指定深度的原状土中；

回填一段原状土，并夯实该回填原状土，使所述回填原状土压住所述固定接头；

使所述布放深度调节单元与所述固定接头分离，提出所述布放深度调节单元；

重复在同一布放孔中进行不同深度的传感器的布放；

使所述传感器的传输线与解调设备连接。

本发明提供的成孔布放方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明成孔布放方法，通过使用钻进驱动电锤进行钻进，能在正反旋进的普通模式与冲击模式之间进行切换，在土体层使用普通的钻进模式，在遇到岩体层后，需要开启冲击模式，将岩体击碎后再进行提取，操作简单，能有效提高钻孔效率；在布放传感器时，在传感器周围铺设原状土，保证测试环境基本不受人为干扰，调节布放深度调节单元的角度及行进动作，可精确地将传感器送达指定位置，随后使布放深度调节单元与固定接头分离，并取出布放深度调节单元即完成一个传感器的布放，其布放操作简单、精准可靠，布放后测试准确度高，有利于提高测试效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例采用的成孔机构的结构示意图；

图2为图1的局部结构示意图；

图3为本发明实施例采用的布放机构的结构示意图；

图4为图3的局部结构示意图；

图5为图4的局部结构剖视图；

图6为本发明实施例提供的成孔布放方法的流程图。

其中，图中各附图标记：

1-传感器；2-钻进驱动电锤；201-电锤本体；202-配重调节杆；203-配重块；3-钻进深度调节单元；301-钻进转换接头；302-钻进延长杆；303-钻进连接器；304-扶正器；305-钻进刻度标识；4-水钻钻头；5-辅助挤压单元；501-钢丝；6-布放深度调节单元；601-布放延长杆；602-布放连接器；603-布放刻度标识；7-固定接头；701-接头本体；702-护套；8-传输线；9-水孔；10-第一水道；11-第二水道；12-第三水道；13-弹性填充结构；14-第一容纳孔；15-第二容纳孔。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1至图4，现对本发明提供的碎石土边坡含水量传感器成孔布放装置进行说明。所述碎石土边坡含水量传感器成孔布放装置，用于在碎石土边坡处成孔及布放传感器1，包括成孔机构及布放机构；

成孔机构包括钻进驱动电锤2、用于调节钻进深度的钻进深度调节单元3、用于直接钻孔的水钻钻头4及设于钻进深度调节单元3内部且与水钻钻头4连通的供水单元，水钻钻头4通过钻进深度调节单元3与钻进驱动电锤2连接，水钻钻头4内壁设有用于对水钻钻头4内的岩石施加径向力以方便取出岩体的辅助挤压单元5；

布放装置包括能沿自身轴向移动的布放深度调节单元6及与布放深度调节单元6的端部可拆卸连接且用于固定传感器1的固定接头7，布放深度调节单元6上设有用于容纳传感器1的传输线8的导线容纳结构。

本发明提供的碎石土边坡含水量传感器成孔布放装置，与现有技术相比，分别设置用于形成布放孔的成孔机构及用于布放传感器的布放机构，其中的成孔机构通过设置钻进驱动电锤2，在利用水钻钻头4进行钻孔时，还能进行冲击破断岩层，方便成孔；同时，通过设置辅助挤压单元5，能方便的将水钻钻头4内的土体或岩体取出，成孔机构的结构简单，使用方便，使钻孔动力得以提升，适用于土石混合体边坡的钻孔，有效提高钻孔工作效率，并且其拆装方便、易于携带、工作平台小，适合斜坡作业；布放机构通过固定接头7固定传感器1，并能使传感器1的传输线8通过导线容纳结构从布放深度调节单元6的外端伸出，调节布放深度调节单元6的角度及行进动作，就能方便的调节传感器1的布放位置，在布放到位后，通过可拆卸的连接结构，能使布放深度调节单元6快捷的脱离固定接头7，其结构简单，使用方便，还能对传输线8提供很好的保护，不仅提高了布放精度和效率，还能保证测试的准确性；成孔机构及布放机构均体积小巧，在使用时可手持进行操作，免去使用支架结构，使用更加方便，角度调节等操作更加灵活，且便于携带，能有效提高使用的便捷性。

进一步地，请一并参阅图1，作为本发明提供的碎石土边坡含水量传感器成孔布放装置的一种具体实施方式，辅助挤压单元5包括若干个设于水钻钻头4内侧壁的钢丝501。钢丝501向水钻钻头4内侧弯曲凸起，能使岩体与水钻钻头4之间具有一定间隙和弹性挤压，方便岩体取出。

进一步地，作为本发明提供的碎石土边坡含水量传感器成孔布放装置的一种具体实施方式，钢丝501可围绕水钻钻头4的中轴分布，在岩体四周均能形成间隙，进一步提高取出的便捷性。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的碎石土边坡含水量传感器成孔布放装置的一种具体实施方式，钻进驱动电锤2包括电锤本体201、与电锤本体201连接的配重调节杆202及与配重调节杆202连接的配重块203，钻进深度调节单元6设于电锤本体201的前端，配重调节杆202设于电锤本体201的后端。电锤本体201具有正转、反转和冲击的功能，方便根据实际使用情况进行选择。配重调节杆202与电锤本体201可拆卸连接，配重块203与配重调节杆202可拆卸连接，方便将装置运输至现场，也便于组装，以及根据实际情况调节配重情况，提高使用便捷性。

进一步地，参阅图1及图2，作为本发明提供的碎石土边坡含水量传感器成孔布放装置的一种具体实施方式，钻进深度调节单元3包括钻进转换接头301、钻进延长杆302、钻进连接器303及扶正器304，钻进延长杆302之间通过钻进连接器303连接形成直杆状，扶正器304套设于钻进延长杆302外周，钻进延长杆302的端部通过钻进转换接头301分别与钻进驱动电锤2及水钻钻头4连接，钻进延长杆302的外侧壁上设有钻进刻度标识305。电锤本体201前端设有螺纹连接口，水钻钻头4后端设有螺纹连接口，钻进转换接头301与电锤本体201之间、钻进延长杆302之间以及钻进转换接头301与水钻钻头4之间均通过螺纹结构连接，钻进连接器303与钻进延长杆302之间通过螺纹结构连接，其结构简单，加工方便，能有效控制使用成本，且其连接结构牢固，便于拆装，能有效提高组装效率。扶正器304主要用于防止在钻孔过程中钻进延长杆302连接形成直杆状结构发生歪斜以及增加钻进延长杆302在高速旋转状态下的稳定性，保证钻孔准确度。钻进刻度标识305可使操作人员实时掌握钻孔深度及钻孔速度，保证钻孔作业的准确性及高效性。

需要注意的是，为了保证钻孔效率，钻进延长杆302的外径小于水钻钻头4的外径。

进一步地，请参阅图1及图2，作为本发明提供的碎石土边坡含水量传感器成孔布放装置的一种具体实施方式，供水单元包括设于钻进驱动电锤2上的水孔9、设于钻进转换接头301内部的第一水道10、设于钻进延长杆302内部且与第一水道10连通的第二水道11及设于钻进连接器303内部且与第二水道11连通的第三水道12，第一水道10与水钻钻头4连通。第一水道10、第二水道11及第三水道12不仅能为钻头供水，以增加土体湿度，保证干土能顺利取出，同时，还能增强钻进深度调节单元3整体的抗弯强度，进而降低其在高配重、高速旋转时的偏心程度，提高钻孔准确度。在供水时，外部水源水从水孔9处流入，流经第一水道10、第二水道11及第三水道12形成的供水通道结构，直至流到水钻钻头4的工作位置。

进一步地，请参阅图3及图4，作为本发明提供的碎石土边坡含水量传感器成孔布放装置的一种具体实施方式，固定接头7包括接头本体701、设于接头本体701内部且向接头本体701前侧开口的容纳腔及设于接头本体701后端的护套702，护套702中部设有连通容纳腔和导线容纳结构的连接孔，护套702与钻进深度调节单元3的端部连接。为了方便安装传感器1，容纳腔的内径从前向后依次减小，前端口直径与传感器直径基本一致，容纳腔的前端口与传感器1的探针间距不小于5cm，能有效减小固定接头7对传感器1探测精度和可靠度的影响。

进一步地，参阅图3至图5，作为本发明提供的碎石土边坡含水量传感器成孔布放装置的一种具体实施方式，传感器1与容纳腔的内壁之间还设有用于防止传感器相对容纳腔移动的弹性填充结构13。弹性填充结构13为膨胀泡沫构件。

进一步地，请参阅图3，作为本发明提供的碎石土边坡含水量传感器成孔布放装置的一种具体实施方式，布放深度调节单元6包括布放延长杆601及布放连接器602，布放延长杆601之间通过布放连接器602进行连接，形成直杆状，布放延长杆601的端部通过螺纹连接结构与护套702连接，布放延长杆601的外侧壁上设有布放刻度标识603。布放深度调节单元6主要用于使传感器1到达指定位置，同时还要对传输线8起到保护作用，其长度可根据实际使用需要进行延长或缩短。布放刻度标识603能对布放深度进行指示，以提高传感器1布放的精确度。

需要注意的是，为了保证布放顺畅性，布放延长杆601的外径小于固定接头7的外径，同时内部容纳孔尺寸要尽量小，在保证传输线顺利通过的同时，确保布放延长杆601回退时回填土体与传输线8之间空隙尽可能小，土体回填尽可能密实。

可选地，作为本发明提供的碎石土边坡含水量传感器成孔布放装置的一种具体实施方式，为了提高组装效率，护套701设置内螺纹，布放延长杆601的端部设置外螺纹，在传感器1到达指定位置后，通过反向拧动布放延长杆601，就能使布放延长杆601脱离护套701。需要注意的是，为了方便使布放深度调节单元6脱离固定接头7，护套701的内螺纹与布放延长杆601上的外螺纹拧紧的深度应控制在1cm左右，保证咬合的螺纹数量较少。

进一步地，请参阅图3及图4，作为本发明提供的碎石土边坡含水量传感器成孔布放装置的一种具体实施方式，导线容纳结构包括设于布放延长杆601内的第一容纳孔14及设于布放连接器602内且与第一容纳孔14连通的第二容纳孔15。用于传感器1下放时对传输线8的防护；同时，护套702凸出接头本体701后端一定长度，作为传输线8与接头本体701内壁的隔离层，保证传输线8在此处弯折时不被损伤。

请参阅图6，本发明还提供一种成孔布放方法，所述成孔布放方法包括如下步骤：

调节所述钻进深度调节单元3的角度，开启钻进驱动电锤2，在预设钻孔位置钻孔，直至钻孔深度与水钻钻头4深度接近，当水钻钻头4触及岩体时，驱动钻进驱动电锤2开启冲击模式，使水钻钻头4沿钻进方向冲击岩体；

驱动钻进驱动电锤2反向转动并向外提拉水钻钻头4，将水钻钻头4内的土体或岩体取出，并重复进行钻孔和取出水钻钻头4内的土体或岩体，直至布放孔到达预设钻孔深度；

在布放孔内铺设经过筛选的原状土至指定深度；

调节布放深度调节单元6的角度，使布放深度调节单元6对准所述布放孔，将安装有传感器1的固定接头7下放至指定深度；

使传感器1的探针伸入位于指定深度的原状土中；

回填一段原状土，并夯实该回填原状土，使回填原状土压住固定接头7；

使布放深度调节单元6与固定接头7分离，提出布放深度调节单元6；

重复在同一布放孔中进行不同深度的传感器1的布放；

使传感器1的传输线8与解调设备连接。

本发明提供的成孔布放方法，通过使用钻机驱动电锤2进行钻进，能在普通的钻进模式与冲击模式之间进行切换，在土体层使用普通的钻进模式，在遇到岩体层后，需要开启冲击模式，将岩体击碎后再进行提取，操作简单，能有效提高钻孔效率；在布放传感器1时，在传感器1周围铺设原状土，保证测试环境基本不受人为干扰，调节布放深度调节单元6的角度及行进方向，就能方便的将传感器1送达指定位置，随后使布放深度调节单元6与固定接头7分离取出布放深度调节单元6即完成一个传感器1的布放，其布放操作简单，布放后测试准确度高，有利于提高测试效率。

进一步地，作为本发明提供的成孔布放方法的一种具体实施方式，在钻孔之前还包括：

测量放样，确定钻孔位置；在钻孔位置周围开挖一可供两人操作的小工作平台。

组装钻孔装置：将钻进驱动电锤2、配重调节杆202、一个钻进转换接头301、钻进延长杆302、另一个钻进转换接头301、水钻钻头4、扶正器304依次连接；配重施加与否以及施加重量根据现场地质情况实时调整。

进一步地，作为本发明提供的成孔布放方法的一种具体实施方式，重复在同一布放孔中进行不同深度的传感器1的布放，包括：

传输线8引至布放孔孔壁，并在布放孔孔口处暂时固定；

继续回填原状土并夯实至下一个指定深度，重复上述工序，直至该布放孔中所有传感器1布放完毕。

进一步地，作为本发明提供的成孔布放方法的一种具体实施方式，使传感器1的传输线8与解调设备连接之前还包括：

将布放孔顶部的传输线8作好标记，并捋顺盘好；

布放孔顶部有限范围做防渗处理。

本发明提供的成孔布放方法，通过钻进驱动电锤2和水钻钻头4的配合，可实现土石混合体边坡孔体高效快速成型，具有结构简单、可快速拆卸组装、携带方便、易操作、工作平台小、适合斜坡作业的特点；通过钻进延长杆302外壁和布放延长杆601外壁刻度指示的设置，便于实时准确地掌握钻孔深度、钻孔速度以及含水量传感器布放具体位置；布放延长杆601可以方便退出，最大程度减少辅助装置对于含水量传感器探测精度的影响，提高测试准确度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。