一种砂土全区域整体变形监测设备的制作方法

1.本发明涉及一种砂土全区域整体变形监测设备。


背景技术：

2.诸如交通工程、水利工程、港航工程，很多领域内会使用砂来进行地基处理或者进行填筑工程。此类填筑体的变形，尤其是水平方向和竖直方向的不均匀变形会对自身结构以及周边结构物的正常使用产生不良影响。因此对其不均匀变形的监测尤其重要。
3.传统变形的测量仪器，多是仅能测量沉降，或者仅能测量水平位移，功能单一。传统的测量方法也多为在填筑体内预制标志物，从而人工利用测量仪器进行测量。所得数据时效性不强，不易获得实时监测数据。
4.传统测量仪器多是仅能测一处的位移变形，而对于填筑体来说，更为关键的是其不均匀沉降。
5.因此针对以上问题提出一种砂土全区域整体变形监测设备。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有的缺陷而提供的一种砂土全区域整体变形监测设备，能同时测量多点位的水平和竖直位移。
7.实现上述目的的技术方案是：一种砂土全区域整体变形监测设备，包括不锈钢钢架和至少一组位移测量组件，
8.所述不锈钢钢架包括四根竖直支架、多根水平支架、至少一根水平支撑杆和至少一根竖直吊杆；多根所述水平支架相互连接组成方形框架，所述方形框架的四个边角处连接各连接一根所述竖直支架，多根所述水平支架组成的所述方形框架连接所述竖直吊杆，所述竖直吊杆的中部连接所述水平支撑杆；
9.所述位移测量组件包括水平位移测量组件和竖直位移测量组件，所述水平位移测量组件与所述水平支撑杆连接，所述竖直位移测量组件与所述竖直吊杆连接。
10.优选的，所述水平位移测量组件包括外保护盒和竖向圆盘，所述外保护盒中部连接水平的活动管道，所述竖向圆盘的侧壁连接拉杆并位于所述活动管道内，所述拉杆远离所述竖向圆盘的一端连接橡胶塞，所述活动管道内连接隔板，所述隔板上连接应变电阻元件一，所述活动管道内所述隔板左侧与所述橡胶塞之间形成舱室一，所述隔板右侧与所述活动管道之间形成舱室二。
11.优选的，所述水平位移测量组件还包括电阻测量仪一，所述电阻测量仪一与所述应变电阻元件一电性连接。
12.优选的，所述竖直位移测量组件包括外盒，所述外盒上端开设滑槽，所述滑槽内设置有螺旋叶片，所述滑槽底部连接储砂管；所述储砂管底端连接应变电阻元件二；所述外盒内设置中齿轮和边齿轮，所述边齿轮和所述中齿轮啮合，所述螺旋叶片中部连接轴齿轮，所述轴齿轮与所述中齿轮啮合，所述边齿轮连接的转轴上缠绕连索，所述连索下端连接竖直
连杆，所述竖直连杆下端连接水平圆盘。
13.优选的，所述竖直位移测量组件还包括电阻测量仪二，所述电阻测量仪二与所述应变电阻元件二电性连接。
14.优选的，所述拉杆与所述活动管道内壁滑动连接。
15.优选的，所述外保护盒的右侧壁连接所述水平支撑杆。
16.优选的，所述外盒上端连接所述竖直吊杆。
17.本发明的有益效果是：
18.1.在水平位移测量盒中，通过土体水平位移带动竖直圆盘位移，能改变舱室一中的气压大小，从而使应变电阻元件一所受的气压差发生改变，进而其电阻值发生改变，通过电阻测量仪一测得具体数值，从而计算出其所受压力差，进而求得土体水平位移。
19.在竖直位移测量盒中，通过土体竖直位移带动水平圆盘位移，通过齿轮传动，带动螺旋叶片转动。叶片间的砂漏入储砂管，对应变电阻元件二产生压力，进而其电阻值发生改变。通过电阻测量仪二测得具体数值，从而计算出其所受压力，进而求得土体水平位移。所有流程都可通过程序语言实现，并可以实时监控位移数据，有效地降低位移测量操作的复杂度，增强数据的时效性。
20.2.可测土体水平位移和竖直位移，并通过合理布设测量仪器，可以测得填筑体的不均匀变形，与普通位移测量装置相比，功能更加丰富。
21.3.充分利用砂土流动性好，粘聚力弱的特性进行测量竖直位移，适用于利用砂进行填筑的工程项目的变形测量。
附图说明
22.图1是本发明一种砂土全区域整体变形监测设备的俯视图；
23.图2是本发明的前视图；
24.图3是本发明水平位移测量组件的细节图；
25.图4是本发明水平位移测量组件的右视图；
26.图5是本发明的竖直位移测量组件前视图；
27.图6是本发明的竖直位移测量组件轴测图。
28.图中：1、不锈钢钢架；101、竖直支架；102、水平支架；103、水平支撑杆；104、竖直吊杆；2、水平位移测量组件；201、竖向圆盘；202、外保护盒；203、活动管道；204、拉杆；205、橡胶塞；206、隔板；207、应变电阻元件一；208、舱室一；209、舱室二；210、电阻测量仪一；3、竖直位移测量组件；301、外盒；302、滑槽；303、螺旋叶片；304、储砂管；305、应变电阻元件二；306、轴齿轮；307、中齿轮；308、边齿轮；309、连索；310、竖直连杆；311、水平圆盘；312、电阻测量仪二。
具体实施方式
29.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相正对地重要性。
30.下面将结合附图对本发明作进一步说明。
31.如图1-6所示，一种砂土全区域整体变形监测设备，包括不锈钢钢架1和至少一组位移测量组件，不锈钢钢架1包括四根竖直支架101、多根水平支架102、至少一根水平支撑杆103和至少一根竖直吊杆104；多根水平支架102相互连接组成方形框架，方形框架的四个边角处连接各连接一根竖直支架101，多根水平支架102组成的方形框架连接竖直吊杆104，竖直吊杆104的中部连接水平支撑杆103；位移测量组件包括水平位移测量组件2和竖直位移测量组件3，水平位移测量组件2与水平支撑杆103连接，竖直位移测量组件3与竖直吊杆104连接。不锈钢钢架1埋藏于填土内，并需对其进行外包cfrp等防腐措施；
32.具体的，本装置可测土体水平位移和竖直位移，并通过合理布设测量仪器，可以测得填筑体的不均匀变形，与普通位移测量装置相比，功能更加丰富。
33.具体的，充分利用砂土流动性好，粘聚力弱的特性进行测量竖直位移，适用于利用砂进行填筑的工程项目的变形测量。
34.具体的，水平位移测量组件2包括外保护盒202和竖向圆盘201，外保护盒202中部连接水平的活动管道203，竖向圆盘201的侧壁连接拉杆204并位于活动管道203内，拉杆204远离竖向圆盘201的一端连接橡胶塞205，活动管道203内连接隔板206，隔板206上连接应变电阻元件一207，活动管道203内隔板206左侧与橡胶塞205之间形成舱室一208，隔板206右侧与活动管道203之间形成舱室二209。水平位移测量组件2还包括电阻测量仪一210，电阻测量仪一210与应变电阻元件一207电性连接。拉杆204与活动管道203内壁滑动连接。外保护盒202的右侧壁连接水平支撑杆103。橡胶塞205以及隔板206保证仪器内极佳的气密性。
35.具体的，舱室一208内初始状态为一个标准大气压，其体积随竖向圆盘201的移动而变化。舱室二209内为一个标准大气压。活动管道203截面积较小，以避免竖向圆盘201和拉杆204的移动对土体变形产生过大的阻力。
36.具体的，土体水平位移带动竖向圆盘201移动，使得舱室一208体积改变，从而其中气压变化，由此将水平变形量转换为应变电阻元件一207两侧的气压差产生的电阻变化。
37.具体的，在水平位移测量组件2中，通过土体水平位移带动竖向圆盘201位移，能改变舱室一208中的气压大小，从而使应变电阻元件一207所受的气压差发生改变，进而其电阻值发生改变，通过电阻测量仪一210测得具体数值，从而计算出其所受压力差，进而求得土体水平位移。
38.具体的，竖直位移测量组件3包括外盒301，外盒301上端开设滑槽302，滑槽302内设置有螺旋叶片303，滑槽302底部连接储砂管304；储砂管304底端连接应变电阻元件二305；外盒301内设置中齿轮307和边齿轮308，边齿轮308和中齿轮307啮合，螺旋叶片303中部连接轴齿轮306，轴齿轮306与中齿轮307啮合，边齿轮308连接的转轴上缠绕连索309，连索309下端连接竖直连杆310，竖直连杆310下端连接水平圆盘311。竖直位移测量组件3还包括电阻测量仪二312，电阻测量仪二312与应变电阻元件二305电性连接。外盒301上端连接竖直吊杆104。螺旋叶片303的叶片个数可以根据实际情况测定。
39.具体的，土体竖直位移带动水平圆盘311移动，通过轴齿轮306、中齿轮307与边齿轮308间的互相传动，带动螺旋叶片303转动，从而叶片间的砂落入储砂管304中，从由此将
竖直变形量转换为应变电阻元件二305上的砂土重量产生的电阻变化。
40.具体的，应变电阻元件一207和应变电阻元件二305可为碳纤维薄片等高导电性且电阻值随其所受压力变化而变化的材料，其电阻值的变化极敏感于所受压力的变化。
41.具体的，在竖直位移测量组件3中，通过土体竖直位移带动水平圆盘311位移，通过齿轮传动，带动螺旋叶片303转动。叶片间的砂漏入储砂管304，对应变电阻元件二305产生压力，进而其电阻值发生改变。通过电阻测量仪二305测得具体数值，从而计算出其所受压力，进而求得土体水平位移。所有流程都可通过程序语言实现，并可以实时监控位移数据，有效地降低位移测量操作的复杂度，增强数据的时效性。
42.具体的，本发明适用于在沉降稳定的地基上砂质填筑体的水平及竖直方向不均匀位移的观测，包括以下步骤：将本设备预先放置于填筑工程所在地，水平支撑杆103与竖直吊杆104根据实际需要预先布设。水平位移测量组件测量水平位移，在土体位移的作用下竖向圆盘201左右移动，使得舱室一208的体积改变。根据公式，可知舱室一208体积变化，其中的气压随着变化。此时，安装于活动管道203内的应变电阻元件一207左右的气压不同而受到压差作用，电阻随即改变，电阻测量仪一210可精确测量其电阻值。根据测得电阻值，经过理论计算，转换为应变电阻元件一207所受的气压差，从而推算出舱室二209的体积，经此求得水平位移。
43.nrt＝p
1v1
＝p
2v2
44.式中：n为气体摩尔数，r为气体常数，t为温度，v1、v2分别为舱室一208和舱室二209的体积，p1、p2分别为舱室一208和舱室二209的压强。
45.竖直位移测量组件3可测土体沉降，在土体下沉的作用下水平圆盘311向下移动，水平圆盘311移动的距离即为土体沉降，通过竖直连杆310与连索309拉动齿轮转动。通过中齿轮307与轴齿轮306传动，带动螺旋叶片303转动，当叶片间夹砂经过储砂管304时，砂就会落入储砂管304。储砂管304中的落砂量与齿轮转动以及土体沉降量间有着定量关系，经过实验可以求得此定量关系。储砂管304中落入的砂给安装于储砂管304底部的应变电阻元件二305施加压力，从而改变其电阻值，电阻测量仪二312可精确测量其电阻值。根据测得电阻值，经过理论计算，转换为应变电阻元件二305所受的砂的压力，进而计算出齿轮转动距离，进一步推算求得水平圆盘311的位移，即测点土体沉降。
46.选用合适材料的应变电阻元件，经过实验研究其电阻值随其所受压力的变化规律，获得精确理论公式。
47.以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。