一种地下空间裂缝监测装置及方法

本发明属于大型混凝土结构裂缝检测与评估技术领域，具体涉及一种地下空间裂缝监测装置及方法。

背景技术：

随着城市轨道交通建设的发展，地铁车站、地下商场、地下厂房等城市地下空间结构建设规模不断扩大。然而，地下空间结构受力特征不同于地上空间结构，它不仅要承担来自上部结构的自重应力，而且也抵抗来自地下结构四周与底部的地应力和水压力作用，且作用力是持久永恒的。然而，在这些复杂的周边环境荷载作用下，地下空间结构在其薄弱区域易产生结构裂缝；同时如果已有结构缝处前期处理不当，也易造成结构缝开裂。传统的地下空间结构裂缝开裂发生、发展过程都是不易察觉和检测的，往往都是产生严重后果之后才会开展相关检测与治理，这就造成了很大的经济损失，有时还会严重影响人民生活质量。

技术实现要素：

针对现有技术的上述不足，本发明基于导电混凝土材料的理论体系，提供一种地下空间裂缝监测装置及方法，以解决地下空间结构裂缝导致工程危害的技术问题。

本发明提供一种地下空间裂缝监测装置，所述装置包括：

导电感知条，所述导电感知条固定铺设在待测地下空间的预留缝内；所述导电感知条的两端设有电极，且导电感知条的两端电极连接直流供电模块；所述导电感知条与直流供电模块的连接回路上还串联有直流电阻测试模块；所述直流电阻测试模块与控制终端通信连接。

进一步的，所述导电感知条包括：

硅酸盐水泥、砂子和15mmpan基碳纤维。

进一步的，硅酸盐水泥、砂子和15mmpan基碳纤维与分散剂和水均匀搅拌成混合材料，所述混合材料铺设在预留缝内风干后得到导电感知条。

进一步的，所述导电感知条的宽度为1cm。

进一步的，在预留缝内铺设多根导电感知条，多根导电感知条宽度相等且等间距排列；多根导电感知条均通过两端电极与直流供电模块连接成回路，且各导电感知条所在的回路均串联有直流电阻测试模块。

进一步的，所述直流供电模块包括直流电源和直流稳压供电器，所述直流稳压供电器与直流电源电连接。

本发明还提供一种地下空间裂缝监测方法，所述方法包括：

实时接收直流电阻测试模块采集到的导电感知条的电阻值；

若接收到的电阻值超过预设阈值，则判定地下空间存在新生裂缝。

进一步的，所述方法还包括：

根据导电感知条的位置排列关系对多根导电感知条进行编号；

分别获取多根导电感知条的电阻值；

将电阻值超过预设阈值的导电感知条作为异常感知条，并根据异常感知条的编号获取异常感知条的排列位置；

根据异常感知条的排列位置评估新生裂缝的尺寸信息。

进一步的，导电感知条的材料配置方法包括：

密度为3.10g/cm³的普通硅酸盐水泥、天然河砂、密度为1.76g/cm³的15mmpan基碳纤维，pan基碳纤维直径为7μm；甲基纤维素和消泡剂作为分散剂与碳纤维在水中充分分散，再和普通硅酸盐水泥、天然河砂一同进行搅拌，搅拌均匀后得到混合材料。

进一步的，所述方法还包括：

将混合材料填充于预留缝内，将混合材料铺设为指定长度和指定宽度的长条，在长条两端分别埋入电极。

本发明的有益效果在于，

本发明提供一种地下空间裂缝监测装置及方法，通过在预留缝内铺设导电感知条，并通过构建导电感知条回路检测导电感知条的电阻值，一旦导电感知条的电阻值突然增大至超过预设阈值则说明导电感知条被新生裂缝破坏，从而监测到新生裂缝的情况。本发明可以实现在地下空间结构施工与运营期间实施掌握结构应力应变状态，分析结构裂缝发生、发展过程，为客观准确地评判地下空间结构裂缝是否对于结构稳定性产生影响或破坏，并为结构裂缝加固治理提供精准的空间位置。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1.本发明所涉及的智能感知材料，成本低、易于现场制作，且施工铺设便捷可行。

2.本发明所涉及的检测仪器，成本低、易于安装、可重复使用，检测精度准确，满足工程检测要求。

3.本发明所涉及的施工工艺成熟，布置灵活的优点，可以根据实际工况灵活布置。

此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，对于本领域普通技术人员而言，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是本申请一个实施例的地下空间裂缝监测装置的结构示意图；

图2是本申请一个实施例的地下空间裂缝监测装置的供电和电阻检测线路的结构示意图；

1.地下空间结构、2.施工缝或者变形缝、3.数据采集与电源供给模块、4.电脑控制终端、5.直流电源供给线路、6.检测数据传输线路、7.编号为1的导电感知条、8.编号为2的导电感知条、9.编号为3的导电感知条、10.电极钢丝、11.直流电阻测试模块、12.直流稳压供电器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

请参考图1和图2，本实施例提供一种地下空间裂缝监测装置，包括：

(1)导电感知条的材料配制：普通硅酸盐水泥(密度3.10g/cm3)；砂子使用天然河砂；碳纤维采用15mmpan基碳纤维，其密度为1.76g/cm3，直径7μm；甲基纤维素和消泡剂作为分散剂，与碳纤维在水中充分分散，再和水泥、砂一同进行搅拌；其中，水泥、砂掺量为1:1。

(2)导电感知条制备：将搅拌均匀的智能感知材料按照长度为3m、2.9m、2.8m，由外侧向内侧(间距为0.1m)依次布设宽度为1cm的长条，且填充于地下空间结构预留的施工缝、变形缝之中，其编号分别为编号为1的导电感知条7、编号为2的导电感知条8、编号为3的导电感知条9；并在导电感知条7、编号为2的导电感知条8、编号为3的导电感知条9两端分别埋设电极钢丝10，且与直流电阻测试模块11、直流稳压供电器12串联。多根导电感知条均通过两端电极与直流供电模块连接成回路，且各导电感知条所在的回路均串联有直流电阻测试模块11。

(3)直流稳压供电器12连接在直流电源供给线路5的支路上，直流电源供给线路5与数据采集与电源供给模块3连接，且受到电脑控制终端4控制；可以通过电脑控制终端4发出命令是否为直流稳压供电器12供电。

(4)直流电阻测试模块11连接在检测数据传输线路6的支路上，检测数据传输线路6与数据采集与电源供给模块3连接，且受到电脑控制终端4控制；可以通过电脑控制终端4发出命令是否采集与分析直流电阻测试模块11的电阻数据。

(5)以此类推，每间隔1m布设3m长度的智能感知材料，开展相关结构裂缝检测工作。

本发明的实施方法：

(1)电脑控制终端4发出命令为直流稳压供电器12供电。

(2)直流电阻测试模块11测定编号为1导电感知条7、编号为2的导电感知条8、编号为3的导电感知条9的电阻值。如果编号为1导电感知条7、编号为2的导电感知条8、编号为3的导电感知条9结构完整没有损坏，其电阻值接近0；如果编号为1导电感知条7、编号为2的导电感知条8、编号为3的导电感知条9中有一条或多条电阻值增大，说明导电感知条所在位置的结构开裂或者存在裂缝的发展可能性。为了进一步提高监测准确性，需预先设定电阻阈值，当电阻值超过电阻阈值则判定导电感知条被新生裂纹破坏，如此可避免由于受环境影响导致的电阻值微小波动触发错误判断。

若仅有排列在中间的一根导电感知条的电阻值增大则说明新生裂纹规模不大，若三根导电感知条的电阻都存在增大的情况则说明新生裂纹规模较大。当导电感知条的数量越多，对新生裂纹的规模评估越准确。

(3)直流电阻测试模块11测定的电阻值，通过检测数据传输线路6传输到数据采集与电源供给模块3，通过电脑控制终端4进行数据分析与存储。

(4)电脑控制终端4控制数据采集与电源供给模块3可以实现对任何一处直流稳压供电器12供电和断电，可以实现对任何一处直流电阻测试模块11数据的采集。

实施例2

本实施例提供的地下空间裂缝监测装置，在同段预留缝内仅铺设一根导电感知条，并构建导电感知条回路监测导电感知条的电阻。本发明的导电感知条的数量并不固定，可根据需要自行设定。

为了提高装置安装速度，可以预先制备好风干后的导电感知条，并利用水泥作为粘合剂将导电感知条底部与预留缝固定在一起，这样可以快速安装后导电感知条。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。