一种土压力测量设备三维定向埋设装置

1.本实用新型属于应力测试领域，涉及一种土压力测量设备三维定向埋设装置。


背景技术：

2.土压力的测量依赖于土压力盒。目前，用于测量土的三维矢量应力状态的测量装置已广泛应用，其形状大致都是球形或异形多面体。具体埋设时，
①
可采用掘开式，即将测量区域全部掘开，在预定地点、预定方位埋设传感器，然后回填覆土。这种操作工作量大，耗时长，要求场地较为开阔。
②
更普遍的方法是，通过洛阳铲、打孔机、铁锹等工具，在预定测点，挖掘一个测量孔，将测量球放入孔内，然后回填土，将测量球埋入预定测点。由于应力有方向，因此实施时，必须按特定方位进行埋设。
3.目前，由于传感器普遍缺乏定向功能，导致传感器的埋设大都需要人工手持定向，然后缓慢覆土，至传感器姿态稳定后再松手。即便是多向的测量球，如两向、三向乃至六向，其埋设也是人工确定预埋位置和方向。但这样埋设精度受限、埋设深度受限、埋设作业困难。
4.为了解决传感器埋设方向的问题，目前通常将传感器固定在钢筋、木棍等细长杆件上，然后手持一端，让带传感器的一端深入孔内，调整杆件姿态，实现对传感器方位的控制。传统的土压力盒只有一个敏感面，可以将杆件固定在土压力盒底部，这种操作尚可。但对于三维测量球，由于球体具有多个敏感面，导致无法固定杆件。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种土压力测量设备三维定向埋设装置，可以借助杆件实现在深部测点埋设传感器。可以实时、精准地反馈应力测量设备的三维姿态。
6.为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
7.一种土压力测量设备三维定向埋设装置，包括手柄、杆体以及抓手；所述手柄及抓手分设在杆体的两端，并通过设置在杆体内的拉绳与抓手相连；所述抓手设有至少两个，通过所述手柄控制所述拉绳以调节所述抓手之间的相对位置。
8.可选的，所述手柄包括与杆体固定设置的握柄、用于连接拉绳的夹柄以及固定设置在握柄内部的转杆，所述拉绳绕过所述转杆布置。
9.可选的，所述握柄上还设有用于固定所述握柄与所述夹柄相对位置的闭锁。
10.可选的，所述闭锁包括滑槽以及设置在滑槽内的滑片，所述滑片位于所述滑槽一端时限制所述夹柄转动。
11.可选的，还包括用于复位所述夹柄的弹簧，所述弹簧设置在握柄上。
12.可选的，所述抓手包括固定设置在杆体上的弹片以及设置在弹片一端的转盘。
13.可选的，还包括三维姿态测量系统，所述三维姿态测量系统包括三轴倾角传感器、电池及显示屏，所述三轴倾角传感器设置在杆体设有抓手的一端上，所述显示屏用于显示
所述三轴倾角传感器的姿态数据，所述三轴倾角传感器和所述显示屏通过设置在杆体内的导线相连；所述电池用于为所述三轴倾角传感器及所述显示屏供电，设置在杆体上。
14.可选的，所述杆体包括第一杆体、第二杆体以及设置在第一杆体与第二杆体之间的转轴。
15.可选的，所述转轴包括相互嵌套的外转轴、内转轴；所述外转轴上固定有第一套环及第二套环，所述第一杆体与第一套环相固定、所述第二杆体与第二套环相固定。
16.可选的，在外转轴与内转轴之间设有用于固定所述内转轴与所述外转轴相对位置的互锁机构。
17.本实用新型的有益效果在于：
18.本实用新型可以解决应力测量设备三维埋设姿态精准控制的问题，利用抓手的形式可以适应不同形状的应力测量设备，尤其是球形设备，从侧面实现设备的固定，可以通过设置在杆末端的三维姿态测量系统实现对应力测量设备的姿态监控；可以借助杆体实现对深部测点的应力测量设备的埋设，埋设完成后，可以撤收本装置以循环利用。
19.本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
20.为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：
21.图1为本实用新型的整体结构示意图；
22.图2为本实用新型部分弯曲状态下的结构示意图；
23.图3为本实用新型在完全收折状态下的结构示意图；
24.图4为本实用新型的抓手结构示意图；
25.图5为本实用新型的手柄结构示意图；
26.图6为本实用新型的转轴结构示意图。
具体实施方式
27.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
28.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
29.本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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实用新型和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
30.请参阅图1
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图6，本实用新型所涉及的一种土压力测量设备三维定向埋设装置主要包括手柄1、第一杆体2、转轴3、第二杆体4、抓手5、三维姿态测量系统6。所述手柄1包括握柄11、夹柄12、闭锁13、弹簧14、转杆15。所述闭锁13包括滑片131、滑槽132。所述第一杆体2、第二杆体4均为空心杆件。所述转轴3包括外转轴31、内转轴32、第一套环33、第二套环34。所述抓手5 包括弹片51、拉绳52、抓盘53。所述三维姿态测量系统6包括三轴倾角传感器 60、显示屏61、电池，三轴倾角传感器60、显示屏61、电池之间通过导线连接，用于供电和传输姿态数据。
31.手柄1用于手持操作，采用人体工学设计，以便于握持。拉绳52共计四根，均贯穿整个埋设装置，一端固定在手柄1的夹柄12上，另一端分别与四个抓手 5相连。握柄11、夹柄12、转杆15构成了一个杠杆系统，可以通过手动夹握与松弛实现对拉绳52的牵引，进而实现对四个抓盘53的聚拢或松弛操作。滑片 131、滑槽132以及其内部机构，共同构成了闭锁13，当夹柄12夹握或松弛时，通过滑动滑片131可以实现对夹柄12位置的固定，进而固定四个抓盘53的姿态，以实现埋设过程中夹握状态的保持，或平时收纳状态下四个抓盘53的聚拢。
32.三维姿态测量系统6的数据导线，一端连接在抓手5上，与三轴倾角传感器60连接；一端在手柄1上，与电池连接，实现对整个系统的供电，与显示屏 61连接，实现姿态数据的数字显示。三维姿态测量系统6为成熟技术。
33.所述转轴3包括外转轴31、内转轴32、第一套环33、第二套环34。外转轴31与内转轴32彼此嵌套，二者之间设置有闭锁机构。外转轴31上固定有第一套环33、第二套环34，二者又分别与第一杆体2、第二杆体4固定。通过放松闭锁机构，可以人工调节外转轴31与内转轴32的转动关系，带动第一套环 33和第二套环34，实现对第一杆体2和第二杆体4位置关系的调节。当第一杆体2和第二杆体4完全张开时，装置整体呈一条直线，便于埋设作业；当第一杆体2和第二杆体4完全并拢时，装置整体呈折叠状，便于收纳储存。
34.所述第一杆体2、第二杆体4为空心杆件，外转轴31为中空环状结构，三者一道构成了拉绳52和导线的通道。所述抓手5用于抓握三维应力测量球，弹片51具有一定的弹性，放松状态时可使四个抓盘53彼此分离，抓手5呈张开状。拉绳52应具有一定的强度，并可调节长度，以保持作业时的拉力。抓盘53 应具有较好的摩擦性，可采用橡胶制作。
35.当需要测量土体中一点的三维应力时，首先采用洛阳铲或者打孔机开孔，孔深根据测点位置确定，一般不宜太深。
36.手持本实用新型所述埋设装置，按住内转轴32上的锁口机构，转动外转轴31，使埋设装置整体呈一条直线。将三维应力测量球摆放好，手握手柄1，握紧握柄11和夹柄12，牵拉拉绳52，使得四个抓盘53抓紧三维应力测量球。需注意的是，三维应力测量球的预设正上方方向(通常记为z方向)应与埋设装置轴线平行，将60三向三轴倾角传感器的外法线方向记为x方向，与三维应力测量球的x方向平齐。为了省力，可滑动滑片131，锁定夹柄12的位置，
使得三维应力测量球不会从抓手5中脱落。
37.手持埋设装置手柄，将埋设装置和被其抓握的三维应力测量球伸入测量孔内，观察显示屏61的读数，调整埋设装置的姿态，使得三维应力测量球可达到预设方位。
38.保持埋设手柄的姿态，分层覆土，用木棍或钢筋捣实。待土体将三维应力测量球固定后，打开滑片131，放松夹柄12，使得抓手5松开三维应力测量球，将埋设装置整体取出。而后继续回填测量孔的土体，直至恢复初始状态。
39.本实用新型也可以用于普通土压力盒的钻孔埋设作业，具体操作与前文类似，不再赘述。本实用新型中的闭锁13、转轴3均为现有成熟技术，可根据实际需要进行选配。三维姿态测量系统6为成熟技术，本提案只是对其各功能部件进行了优化布局，可根据需要选取相应的产品或在已有产品基础上改造加工。
40.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。