模型试验用监测土体不同深度水平位移和压力的装置及方法

1.本发明涉及一种模型试验用监测土体不同深度水平位移和压力的装置及方法，属于模型试验监测技术领域。


背景技术：

2.在地下工程施工过程中，如基坑开挖、隧道施工、桩基成孔等，往往会对周围土体产生扰动、引起位移。现相关土体水平位移理论计算及预测方法中，计算模型简单，假设条件过多，难以符合现场实际条件，加之土体本构的复杂性，理论计算往往不能准确确定某一层土体的水平位移大小。现场监测虽然可以更直观的取得监测数据，但需要的监测周期长、效率低，加之施工现场的不确定性，有时在数据获取上存在较大困难。
3.模型试验操作简单、可控性强，监测数据也可根据缩尺比反算出工程中的实际情况，但针对基坑开挖、隧道施工及桩基成孔等土工模型试验，水平位移及受力监测目前还没有较为成熟的方法。


技术实现要素：

4.本发明目的之一是提供了一种模型试验用监测土体不同深度水平位移和压力的装置。
5.本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种模型试验用监测土体不同深度水平位移和压力的装置，包括监测仪、连接杆、拉线和位移片；监测仪一端与模型试验接线箱内壁连接，监测仪另一端通过连接杆连接位移片；拉线一端与位移片相连接，另一端连接监测仪。
6.所述模型试验用监测土体不同深度水平位移和压力的装置优选方案，监测仪包括壳体、电阻丝、弹簧、接线盒及导线；电阻丝两端分别连接接线盒,接线盒胶结于壳体内壁；弹簧一端固定于监测仪内壁，另一端通过滑片与电阻丝连接；导线其中一条连接滑片，另一条通过接线盒与电阻丝连接，并穿过监测仪外壳与模型试验接线箱连接。
7.所述模型试验用监测土体不同深度水平位移和压力的装置优选方案，拉线一端固定于位移片凸起上，另一端绑定于弹簧外圈。
8.所述模型试验用监测土体不同深度水平位移和压力的装置优选方案，连接杆一端通过螺纹与位移片相连接，另一端通过监测仪孔洞穿入监测仪内部。
9.所述模型试验用监测土体不同深度水平位移和压力的装置优选方案，位移片为圆形薄片。
10.所述模型试验用监测土体不同深度水平位移和压力的装置优选方案，监测仪通过螺栓固定于模型试验箱壁上。
11.所述模型试验用监测土体不同深度水平位移和压力的装置优选方案，所述拉线、
位移片均为钢制品，连接杆为pvc管。
12.本发明目的之二是提供了一种模型试验用监测土体不同深度水平位移和压力的装置使用方法。
13.本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种模型试验用监测土体不同深度水平位移和压力的装置使用方法，包括以下步骤：步骤1：组装元件；将拉线一端连接位移片上，再将连接杆一端通过螺纹与位移片连接；步骤2：组装监测仪；将电阻丝两端分别固定于接线盒上，将弹簧一端固定于监测仪内壁上，另一端通过滑片与电阻丝相连接，导线分别与接线盒和滑片连接；步骤3：将连接杆另一端穿过监测仪外壳孔洞，再将拉线另一端与弹簧外圈绑定，期间保持拉线处于拉直状态；步骤4：分层回填土体并将监测仪自上而下固定于模型试验箱内壁上；步骤5：将导线引出分别连接至已有模型试验接线箱上形成闭合回路，通电后在计算机终端监测随滑片移动的电阻丝阻值变化情况，结合弹簧变形特性，计算土体不同深度处水平位移及应力大小。
14.本发明的优点在于：1.本发明通过电阻丝与弹簧的组合，与现有模型试验接线箱及计算机相连接，能够在模型试验中准确监测不同深度处水平位移及应力大小。
15.2.本发明适用于基坑开挖、隧道施工、桩基成孔等多种土体卸荷工况，并可根据试验要求自行确定监测深度，该发明安装方便、测量精准且能重复利用。
附图说明
16.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
17.图1为本发明实施例1总体结构示意图图2为本发明实施例1电阻式水平位移和应力监测仪内部结构示意图图3为本发明实施例1部分连接杆与位移片示意图其中：电阻式水平位移和应力监测仪-1、连接杆-2、拉线-3、位移片-4、模型试验箱壁-5、基坑、钻孔桩、隧道等涉及土体开挖相关工程-6、监测仪外壳-101、电阻丝-102、弹簧-103、接线盒-104、螺栓-105、滑片-106、导线-107。
具体实施方式
18.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，都属于本发明保护的范围。
19.在本发明的描述中，“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“底”、“顶”等指示方位或位置的术语是基于附图所示的方位，仅是为了简化描述，而不是指示或暗示本发明必须具
有特定的方位或位置，本发明中涉及到的所有连接/固定关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况采取最优的连接/固定方式。
20.本发明中以基坑开挖模型试验为例进行说明，但并不限定于这一种工况，凡涉及土工模型试验中如隧道施工、桩基钻孔等对周围土体产生扰动，造成土体水平卸荷的模型试验本发明均适用。
21.实施例1参考图1、图2及图3，一种模型试验用监测土体不同深度水平位移和压力的装置，包括监测仪1、连接杆2、拉线3和位移片4；位移片4与连接杆2一端相连接，另一端连接监测仪1；拉线3一端与位移片4相连接，另一端连接弹簧103。
22.监测仪1包括壳体101、电阻丝102、弹簧103、接线盒104及导线107；电阻丝102两端分别连接接线盒104,接线盒104胶结于壳体101内壁；弹簧103一端固定于监测仪1内壁，另一端通过滑片106与电阻丝102连接；导线107其中一条连接滑片106，另一条通过接线盒104与电阻丝102连接，并穿过监测仪外壳101与模型试验接线箱5连接。
23.在本实施例中，连接杆2一端设有螺纹，安装时连接杆2穿过拉线孔洞与位移片4通过螺纹连接，另一端穿入监测仪1内部。连接杆2外径大小与监测仪1外壳的开孔大小一致，保证连接杆2能在监测仪中正常滑动，并能对拉线3起到保护作用，确保拉线3在模型试验过程中始终保持水平拉直状态，其目的是保证拉线随位移片移动时能同步拉动弹簧移动。
24.本实施例中，监测仪1内部设有电阻丝102，其不同长度所对应的阻值大小已提前测定，通过移动滑片106改变电路中的电阻值，进而可通过电阻值变化大小确定该深度处水平方向位移量大小，电阻丝102通过接线盒104和滑片106分别与导线107连接，导线107穿过监测仪1与现有模型试验接线箱5连接形成闭合回路，并在模型试验计算机上显示电阻丝阻值变化情况。
25.本实施例中，拉线3一端固定于位移片4凸起上，另一端绑定于弹簧103外圈，期间保证拉线处于水平拉直状态，其目的是保证拉线随位移片移动时能同步拉动弹簧移动。
26.本实施例中，位移片4为有一定厚度的圆形薄片，采用圆形设计可方便回填土体并能保证受力面积，确保土体水平移动时位移片可随之移动。监测仪1通过螺栓105固定于模型试验箱壁5上。所述拉线3、位移片4均为钢制品，连接杆2为pvc管。
27.实施例2本实施例公开了实施例1中一种模型试验用监测土体不同深度水平位移和压力的装置使用方法，包括以下步骤：步骤1：组装元件；将拉线3一端连接位移片4上，再将连接杆2一端通过螺纹与位移片（4）连接；步骤2：组装监测仪1；将电阻丝102两端分别固定于接线盒104上，将弹簧103一端固定于监测仪内壁上，另一端通过滑片106与电阻丝102相连接，导线107分别与接线盒（104）和滑片106连接；步骤3：将连接杆2另一端穿过监测仪外壳孔洞，再将拉线3另一端与弹簧103外圈绑定，期间保持拉线处于拉直状态；步骤4：分层回填土体并将监测仪1固定于模型试验箱5内壁上；步骤5：将导线107引出分别连接至已有模型试验接线箱5上形成闭合回路，通电后
在计算机终端监测随滑片106移动的电阻丝阻值变化情况，结合弹簧变形特性，计算土体不同深度处水平位移及应力大小。
28.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。