一种压入式分层沉降磁环及土体沉降量的测量方法

本发明涉及土质地基沉降、隧道顶部覆盖土层沉降监测领域，具体涉及一种压入式分层沉降磁环及土体沉降量的测量方法。

背景技术：

0、技术背景

1、土质地层具有结构疏松、低强度及易破坏等特点。隧道穿越土质隧道，在上部荷载和水的作用下极易产生固结沉降。隧道修建过程中土质地基的沉降变形预测与控制成为关键问题。分层沉降监测正是测定地基内部各分层土的沉降量、沉降速度以及压缩层厚度的有效方法，其操作是将沉降磁环套在沉降管上，采用钻孔方式一起埋入预设深度，通过探测头探测沉降磁环的位置来确定沉降值。

2、申请号为201910070772.5的中国专利公开了一种总密度可按需调整的分层沉降磁环，包括刚性外壳，刚性外壳为内部中空的环形壳体，其中空部分填充磁性材料，刚性壳体中心具有供沉降管穿过的通孔，刚性外壳一端具有多个锚固片。使用时锚固片与埋入的土体接触并随之一起沉降，但因弹性锚固片与土体接触面积过小且能提供的抓力不足，容易导致磁环脱离土体沉降，此外沉降磁环在下放过程中弹性锚固片无法收起导致下放定位成为问题。

3、后来也有研究者提出通过粘土固定沉降磁环，采用旋转管体张开翼板的方式固定沉降磁环，但粘土强度较低，难以提供足够的抗力。还有采用软管加钢丝的方式固定沉降磁环，管体旋转带动叶片旋出，但在实际沉降磁环布置中，磁环数量往往较多，深度较大，钢丝所受摩擦力较大，难以拔出，且所有沉降磁环叶片难以保证同时旋出，以至于部分沉降磁环失效。综上，使用传统的分层沉降磁环难以满足沉降监测要求。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决目前利用沉降磁环测量土体沉降过程中，测孔回填影响测量精度，传统磁环锚固片固定效果差，土体沉降值与沉降磁环沉降值无法统一的问题，提供一种适用于土质隧道的压入式分层沉降磁环及其配合测孔压入装置进行土体沉降量的测量方法，通过液压推挤，使得分层沉降磁环与土体成为一个整体，且增大分层沉降磁环压入后与土体接触面积，以解决上述背景技术提到的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种压入式分层沉降磁环，包括n只沉降磁环分体单元；每只沉降磁环分体单元包括圆弧形的挡翼板、磁性体和至少两只尖刀，所述的磁性体为弧形的条状体，设置在挡翼板中部的弧形内侧；尖刀自上而下依次设置在挡翼板的弧形外侧，且尖刀所在的平面垂直于挡翼板所在圆弧的中心线；

4、沉降测量时，n只沉降磁环分体单元位于同一测孔内，且挡翼板的弧形中心线与测孔的中心线重合；尖刀嵌入在测孔壁的土层内部，且n只磁性体处于相同高度的一个圆环内。

5、上述压入式分层沉降磁环中，挡翼板的弧形与测孔孔壁的曲率相匹配；沉降测量时，挡翼板的外侧紧贴测孔的孔壁设置。

6、上述压入式分层沉降磁环中，沉降测量时，n只沉降磁环分体单元沿测孔轴线方向均匀角度设置。

7、上述压入式分层沉降磁环中，磁性体对称设置在挡翼板垂直方向。

8、上述压入式分层沉降磁环中，尖刀的横截面等腰三角结构，厚度方向从尖头到尾端依次递增。

9、上述压入式分层沉降磁环中，n＝3至6。

10、上述压入式分层沉降磁环中，每只测孔内部安装1-10套沉降磁环。

11、一种土体沉降量的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

12、【1】构建测孔压入装置：

13、所述的测孔压入装置包括液压泵、油管和多头式千斤顶，所述的多头式千斤顶的外周设置有n只与沉降磁环分体单元相对应的水平液压推杆；所述的水平液压推杆的前端设置有凹槽，磁性体嵌入在凹槽内，挡翼板与凹槽外壁相接触；所述的多头式千斤顶通过油管与外部的液压泵连通；

14、将多头式千斤顶固定在吊杆下端，并在水平液压推杆收缩的情况下，将n只沉降磁环分体单元安装在测孔压入装置上；且n只沉降磁环分体单元的磁性体构成同心圆，并依靠相互的吸引磁力固定在各自的凹槽内；

15、【2】以测孔的孔口为标高，通过吊杆将分层式沉降磁环缓慢下放到测孔的预定深度；必要时可按照深度逐段接长吊杆；

16、【3】液压泵加压，水平液压推杆向外伸出，使得沉降磁环分体单元的尖刀插入土体中；

17、【4】液压泵卸压，水平液压推杆缩回原位，通过吊杆将测孔压入装置收回孔外；

18、【5】如果需要在同一测孔内安装若干只沉降磁环，则重复步骤【2】至【4】，否则直接进入下一步；

19、【6】将沉降磁环测量探头安装至吊杆下端并放入测孔中，进行土体沉降量的测量。

20、上述土体沉降量的测量方法中，加压和卸压过程持续1-2分钟。

21、本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

22、1、本发明将沉降磁环分成若干只对称排布的沉降磁环分体单元，每只单元上设置了挡翼板和上下排尖刀，测量时通过多头式千斤顶将上下排尖刀压入待测量的土体内部，双排尖刀保证沉降磁环能够嵌入土层足够深度，真实反映土层沉降，并保持一定的机械握裹力；挡翼板使得沉降磁环与土体接触面积增大，确保土体受力均匀，以达到同步沉降的目的，确保了测量的可靠性和稳定性。

23、2、本发明通过吊杆下放、液压安装的方式，为沉降磁环嵌入土层提供足够的压力，保障安装质量；其中多头式千斤顶设置了与沉降磁环分体单元相对应的水平液压推杆，且推杆前端设置了安装定位磁性体的凹槽，初始位置确保了磁性体的位置正确性，并依靠磁性体之间的吸引力保持位置精度；压入时，随着水平液压推杆向外伸出，磁性体之间的吸引力逐渐减弱，最后依靠尖刀嵌入在土层内，并使得压入后的磁性体在空间形成环形磁性体的磁场，进而使得沉降磁环测量探头收到的磁场磁通量大，采集更加敏感准确，确保了沉降磁环测量数据的准确性。

24、3、本发明的测孔压入装置基于液压千斤顶原理实现，可以提供较大的压力，使得压入式分层沉降磁环嵌入大部分类型的土层，且嵌入效果较好，应用范围广。

技术特征：

1.一种压入式分层沉降磁环，其特征在于：包括n只沉降磁环分体单元；每只沉降磁环分体单元包括圆弧形的挡翼板(2)、磁性体(1)和至少两只尖刀(3)，所述的磁性体(1)为弧形的条状体结构，设置在挡翼板(2)中部的弧形内侧；尖刀(3)自上而下依次设置在挡翼板(2)的弧形外侧，且尖刀(3)所在的平面垂直于挡翼板(2)所在圆弧的中心线；

2.根据权利要求1所述的压入式分层沉降磁环，其特征在于：挡翼板(2)的弧形与测孔孔壁的曲率相匹配；沉降测量时，挡翼板(2)的外侧紧贴测孔的孔壁设置。

3.根据权利要求1所述的压入式分层沉降磁环，其特征在于：沉降测量时，n只沉降磁环分体单元沿测孔轴线方向均匀角度设置。

4.根据权利要求1所述的压入式分层沉降磁环，其特征在于：磁性体(1)对称设置在挡翼板(2)垂直方向。

5.根据权利要求1所述的压入式分层沉降磁环，其特征在于：尖刀(3)的横截面等腰三角结构，厚度方向从尖头到尾端依次递增。

6.根据权利要求1所述的压入式分层沉降磁环，其特征在于：n＝3至6。

7.根据权利要求1所述的压入式分层沉降磁环，其特征在于：每只测孔内部安装1-10套沉降磁环。

8.一种利用权利要求1所述的压入式分层沉降磁环进行土体沉降量的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的土体沉降量的测量方法，其特征在于：加压和卸压过程持续1-2分钟。

技术总结
本发明公开了一种压入式分层沉降磁环及土体沉降量的测量方法，沉降磁环包括n只沉降磁环分体单元；每只沉降磁环分体单元包括圆弧形的挡翼板、磁性体和至少两只尖刀，磁性体设置在挡翼板中部的弧形内侧；尖刀自上而下依次设置在挡翼板的弧形外侧，且尖刀所在的平面垂直于挡翼板所在圆弧的中心线；沉降测量时沉降磁环分体单元位于同一测孔内，挡翼板的弧形中心线与测孔的中心线重合，尖刀嵌入在测孔壁的土层内部，且n只磁性体处于相同高度的一个圆环内，通过多头式千斤顶将尖刀压入待测量的土体内部，保证沉降磁环能够嵌入土层足够深度，并保持一定的机械握裹力，以达到同步沉降的目的，确保了测量的可靠性和稳定性。

技术研发人员：罗彦斌,刘龙飞,陈建勋,田超鹏,陈辉,陈浩
受保护的技术使用者：长安大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15