一種基于滑動變阻器測土體變形的觀測裝置及量測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于滑動變阻器測土體變形的觀測裝置及量測方法,包括：固定于路面混凝土結(jié)構(gòu)層的護筒，固定于護筒內(nèi)壁的盒體，固定于盒體內(nèi)壁的導(dǎo)電件，接觸導(dǎo)電件的電刷，置于土體內(nèi)部并置于上述護筒下的沉降板，連接于電刷與沉降板的連接件，引出于導(dǎo)電件的上下端和電刷并連通測量儀器測出導(dǎo)電件與電刷之間的變化電阻的導(dǎo)線。本發(fā)明提供一種儀器及測量方法代替地表沉降及分層沉降的測量，將沉降轉(zhuǎn)為電信號輸出，測量結(jié)果精確；同時，本發(fā)明不僅能夠觀測地表沉降，使用多個本裝置還能夠觀測土體分層沉降；采用本發(fā)明可以有效且及時的測出土體相對結(jié)構(gòu)層位移的變化規(guī)律，且操作簡單，結(jié)果精確，測量值真實可靠。
【專利說明】
一種基于滑動變阻器測土體變形的觀測裝置及量測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]—種觀測裝置以及測量方法，特別是一種土體位移的觀測裝置以及測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在采用頂管隧道或盾構(gòu)隧道改造城區(qū)交通或電網(wǎng)工程時，都會涉及到地表沉降及深層土體分層沉降的測量。沉降的大小直接影響著隧道施工對周圍環(huán)境的影響程度，及時而精確地對沉降進行觀測，可以很好的用來調(diào)整設(shè)計及施工參數(shù)，以盡可能的減小隧道施工帶來的環(huán)境影響。因此，沉降的測量只能在現(xiàn)場進行。
[0003]目前，工程上普遍采用的現(xiàn)場地表沉降觀測方法，是將一定直徑的鋼筋埋入地下30cm以上，保證其進入地基土層，若測點位置為道路路面或混凝土硬層時，還需用開孔機將硬層打穿，然后再埋入鋼筋，孔中用細砂回填，同時需保證鋼筋高出地面一定距離，并做好相關(guān)保護措施。在現(xiàn)場采用的分層沉降觀測方法，則是用鉆機在土體內(nèi)部開孔至一定深度，然后將沉降環(huán)埋入規(guī)定深度，最后用分層沉降儀測出每個磁環(huán)的沉降量。這種沉降觀測方法在實際應(yīng)用中常出現(xiàn)一些問題，一是由于地面沉降觀測點高出地面一定距離，容易受到施工影響而被破壞，破壞后不能修補;二是對頂管或是盾構(gòu)施工時，在工具管進出洞洞口附近常有大型機械，可能導(dǎo)致在測量時視線受阻而產(chǎn)生麻煩;三是測量土體分層沉降時，頂管或盾構(gòu)施工對分層沉降管會造成影響，會使分層沉降管本身因土體移動而產(chǎn)生上移或下沉，影響真實的分層沉降觀測效果，間接影響到工程人員及時了解地表沉降或土體分層沉降的發(fā)展規(guī)律以合理有效的評估施工對周邊環(huán)境的影響;加上分層沉降儀探頭易受人為因素及自然因素影響而破壞，修理或更換儀器又將產(chǎn)生一定的費用，不夠經(jīng)濟;另外進行分層沉降儀為刻度讀數(shù)，讀數(shù)的人為誤差大，從而影響對工程的評價結(jié)果;現(xiàn)有技術(shù)還未解決這樣的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種儀器及測量方法代替地表沉降及分層沉降的測量，將沉降轉(zhuǎn)為電信號輸出，測量結(jié)果精確；同時，本發(fā)明不僅能夠觀測地表沉降，使用多個本裝置還能夠觀測土體分層沉降；采用本發(fā)明可以有效且及時的測出土體相對結(jié)構(gòu)層位移的變化規(guī)律，且操作簡單，結(jié)果精確，測量值真實可靠。
[0005]為了實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0006]—種基于滑動變阻器測土體變形的觀測裝置，包括:固定于路面混凝土結(jié)構(gòu)層的護筒，固定于護筒內(nèi)壁的盒體，固定于盒體內(nèi)壁的導(dǎo)電件，接觸導(dǎo)電件的電刷，置于土體內(nèi)部并置于上述護筒下的沉降板，連接于電刷與沉降板的連接件，引出于導(dǎo)電件的上下端和電刷并連通測量儀器測出導(dǎo)電件與電刷之間的變化電阻的導(dǎo)線。
[0007]前述的一種基于滑動變阻器測土體變形的觀測裝置，護筒下設(shè)有多個供連接件通過的通孔。
[0008]前述的一種基于滑動變阻器測土體變形的觀測裝置，盒體與連接件的連接處設(shè)有防水橡膠套。
[0009]前述的一種基于滑動變阻器測土體變形的觀測裝置，還包括:蓋于上述護筒上的護蓋。
[0010]前述的一種基于滑動變阻器測土體變形的觀測裝置，導(dǎo)電件為導(dǎo)電塑料。
[0011]前述的一種基于滑動變阻器測土體變形的觀測裝置，導(dǎo)電塑料的下方與盒體之間的距離為Icm0
[0012]前述的一種基于滑動變阻器測土體變形的觀測裝置，連接件為導(dǎo)桿。
[0013]前述的一種基于滑動變阻器測土體變形的觀測裝置的量測方法，包括如下步驟:
[0014]步驟一:裝設(shè)觀測裝置；
[0015]步驟二:觀測并用測試儀器測出各導(dǎo)線所對應(yīng)的電阻值；
[0016]步驟三:換算出各層土體的相對于路面結(jié)構(gòu)層的位移量;具體換算過程為:
[0017]a，根據(jù)公式 R = pLi/S 可得:Li=RS/p
[0018]R為實際測得的電阻值，單位為Ω ;p為導(dǎo)電塑料電阻率，單位Ω 為導(dǎo)電塑料橫截面面積，單位為m2;Li為電刷與導(dǎo)電塑料之間的長度，單位為m;
[0019]b，根據(jù)Li=RS/p算出初始間距L0，施工后間隔一段時間再測出電阻，算出實際間距L1、Li+l，則本次土體的相對于路面結(jié)構(gòu)層的位移變形為:
[0020]ALi = L1-Li + 1 ；當Δ Li>0時，則土體表現(xiàn)為隆起；當Δ Li〈0時，則土體表現(xiàn)為沉降;土體最終相對位移量S為:S = Σ Δ Li。
[0021]本發(fā)明的有益之處在于:
[0022](I)采用基于滑動變阻器原理的本裝置代替原有的地面沉降觀測點及分層沉降觀測點，將土體的沉降變形轉(zhuǎn)化為電信號輸出，可避免在觀測土體沉降時因施工帶來的不便。
[0023](2)采用萬用表或阻抗測試儀等其他可直接或間接測出電阻變化的儀器，通過公式換算得出土體內(nèi)部變形相對于路面結(jié)構(gòu)層的位移，觀測沉降時簡單方便，可以減小工作量，并能夠更為準確的研究在頂管或盾構(gòu)隧道施工時土體的實時變形規(guī)律。
[0024](3)采用本發(fā)明對施工期間進行土體相對結(jié)構(gòu)層位移時，可不受環(huán)境影響，采用常規(guī)方法觀測沉降時，雨天天氣會對水準儀或經(jīng)瑋儀等其他儀器的使用產(chǎn)生不便。
[0025](4)本發(fā)明不僅能夠觀測地表沉降，使用多個本裝置還能夠觀測土體分層沉降;傳統(tǒng)分層沉降儀探測探頭容易受施工或環(huán)境因素影響而破壞，修理或更換探頭又將產(chǎn)生一定費用，不夠經(jīng)濟，本發(fā)明能夠較好的彌補這一缺點，且操作簡單，可以減少讀數(shù)時的誤差。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明的一種實施例的截面圖；
[0027]圖2是本發(fā)明盒體上部的一種實施例的截面圖；
[0028]圖3是本發(fā)明盒體下部的一種實施例的截面圖；
[0029]圖中附圖標記的含義:
[0030]I路面混凝土結(jié)構(gòu)層，2護筒，3盒體，4導(dǎo)電塑料，5導(dǎo)桿，6電刷，7沉降板，8導(dǎo)線，9防水橡膠套，10護蓋。
【具體實施方式】
[0031]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作具體的介紹。
[0032]一種基于滑動變阻器測土體變形的觀測裝置，其特征在于，包括:固定于路面混凝土結(jié)構(gòu)層的護筒2，固定于上述護筒內(nèi)壁的盒體3，固定于盒體3內(nèi)壁的導(dǎo)電件，接觸導(dǎo)電件的電刷6，置于土體內(nèi)部并置于護筒2下的沉降板7，連接于電刷6與沉降板7的連接件，引出于上述導(dǎo)電件的上下端和電刷6并連通測量儀器測出導(dǎo)電件與電刷6之間的變化電阻的導(dǎo)線8。作為一種優(yōu)選，導(dǎo)電件為導(dǎo)電塑料4。連接件為導(dǎo)桿5。
[0033]為了進行多層沉降測量，護筒下設(shè)有多個供連接件通過的通孔。若只需對施工時地表沉降進行觀測，則采用一個本裝置即可，若需對施工時土體的分層沉降經(jīng)常觀測，則可以使用多個本裝置聯(lián)合使用，【具體實施方式】為:對于每個盒體3，如若條件允許，其內(nèi)部可布置2-3根導(dǎo)桿5，并保證其上部電刷均能夠在導(dǎo)電塑料上自由滑動，且相互之間不受影響，導(dǎo)桿5伸入土體內(nèi)部深度按設(shè)計要求，埋至一定位置;對于護筒2內(nèi)壁，可沿內(nèi)壁固定多個盒體3，其他元件布置方法同上，對每根導(dǎo)桿5埋入土體的深度可根據(jù)實際施工設(shè)計要求進行，SP可測出在頂管或盾構(gòu)施工時土體的相對分層沉降。
[0034]為了實現(xiàn)盒體防水，盒體與連接件的連接處設(shè)有防水橡膠套;在護筒上還蓋有護至
ΠΠ O
[0035]如圖1所示，一種基于滑動變阻器測土體沉降的觀測裝置，包括:通過螺栓或焊接等方式將護筒2固定于路面混凝土結(jié)構(gòu)層1，護筒下方有若干空洞方便導(dǎo)桿5穿過，導(dǎo)電塑料4固定于盒體3內(nèi)壁，長方形盒體3可采用螺栓或焊接等方法固定于護筒2內(nèi)壁，導(dǎo)桿5通過盒體3下方帶有防水橡膠套9進入盒體3，導(dǎo)桿5上部固定一電刷6，如圖2所示，兩者之間可采用絕緣層隔開，以免影響觀測效果，并保證電刷6時刻與導(dǎo)電塑料4相接觸，導(dǎo)電塑料4長度為10-20cm，距離量程可根據(jù)實際工程作出相應(yīng)改變，導(dǎo)電塑料4與盒體3之間涂有一層絕緣層，保證兩者不相互導(dǎo)電，導(dǎo)電塑料4下方與盒體保留Icm左右距離，以免由于土體變形過大導(dǎo)致超過裝置量程，只要超出量程，則電刷6與導(dǎo)電塑料4相互分離，即無法測出讀數(shù)，方便及時發(fā)現(xiàn)該問題。盒體3下部防水橡膠套9是為了防止由于降水等其他原因?qū)е滤M入盒體3內(nèi)部，影響實際測量結(jié)果，如圖3所示。在導(dǎo)電塑料4上下端與電刷6各引出一條導(dǎo)線8，導(dǎo)線8引出盒體3時，需做好防水措施。導(dǎo)桿5穿過護筒進入土體內(nèi)部并與沉降板7相連接，其中，導(dǎo)桿5與護筒2下部空洞之間無摩擦，保證導(dǎo)桿5可隨著沉降板因土體的變形而自由上升或下沉，電刷6也將隨著土體的變形而上下移動，導(dǎo)桿5材料可選為不銹鋼或小直徑鋼筋等，最后將護蓋10蓋于護筒2上方，以保護觀測裝置不受施工破壞。該裝置原理為滑動變阻器原理，實際上是一個位移傳感器。在各項工作均做好后，通過導(dǎo)線8，采用萬用表或阻抗測試儀等可直接或間接的測出電刷6與導(dǎo)電塑料4之間的變化電阻。
[0036]一種基于滑動變阻器測土體變形的觀測裝置的量測方法，包括如下步驟:
[0037]步驟一:裝設(shè)觀測裝置；
[0038]步驟二:觀測并用測試儀器測出各導(dǎo)線所對應(yīng)的電阻值；
[0039]步驟三:換算出各層土體的相對于路面結(jié)構(gòu)層的位移量;具體換算過程為:
[0040]a，根據(jù)公式 R = pLi/S 可得:Li=RS/p
[0041]R為實際測得的電阻值，單位為Ω ;p為導(dǎo)電塑料電阻率，單位Ω 為導(dǎo)電塑料橫截面面積，單位為m2;Li為電刷與導(dǎo)電塑料之間的長度，單位為m;
[0042]b，根據(jù)Li=RS/p算出初始間距L0，施工后間隔一段時間再測出電阻，算出實際間距L1、Li+l，，則本次土體的相對于路面結(jié)構(gòu)層的位移變形為:
[0043]ALi = L1-Li + 1 ；當Δ Li>0時，則土體表現(xiàn)為隆起；當Δ Li〈0時，則土體表現(xiàn)為沉降;土體最終相對位移量S為:S = Σ Δ Li。
[0044]具體說明測量方法以及注意事項:
[0045]首先使用鉆機將路面混凝土結(jié)構(gòu)層破掉，然后繼續(xù)往下鉆孔，直至預(yù)計底標高，然后將沉降板與導(dǎo)桿連接好后放入孔內(nèi)直至設(shè)計標高，導(dǎo)桿可選用每節(jié)Im或0.5m的可接長不銹鋼或小直徑鋼筋，若需觀測土體分層沉降，則各沉降板位置標高需提前計算好，然后依次放入孔中。插入盒體內(nèi)部的導(dǎo)桿事先已經(jīng)制作好并已伸出盒體3，包括內(nèi)部導(dǎo)電塑料的固定、導(dǎo)桿上部電刷的安置及導(dǎo)線的連接等都已做好，然后只需將伸出盒體外部的導(dǎo)桿與孔中導(dǎo)桿連接即可，最后在孔中回填砂加水密實至離地表50cm時，放入護筒并將護筒2固定于路面結(jié)構(gòu)層，然后再將導(dǎo)桿與盒體3連接好并依次將盒體固定于路面結(jié)構(gòu)層，導(dǎo)線上標記好各自所測量的土體深度，然后置于護筒中，并將護蓋10蓋與護筒上部，以防施工時對儀器造成破壞。
[0046]在頂管或盾構(gòu)隧道施工時對所在測點位置進行觀測，觀測時，拿開護蓋，將導(dǎo)線整理好，然后用萬用表或阻抗測試儀測出各導(dǎo)線所對應(yīng)的電阻值，再通過上述方法換算出各層土體的相對于路面結(jié)構(gòu)層的位移量。由于頂管施工或盾構(gòu)施工，在工具管進出洞洞口附近常有大型機械停于此，采用常規(guī)方法觀測土體沉降時經(jīng)常由于視線受阻而不能及時對土體變形進行觀測，且在實際工程上，洞口的沉降觀測點經(jīng)常受到施工影響，測量結(jié)果不準確，再加上在工具管向前掘進時，分層沉降管本身會因土體變形而產(chǎn)生上移或下沉，實際所測的分層沉降位移受到了這部分的影響，導(dǎo)致所測結(jié)果不準確，而由于路面混凝土結(jié)構(gòu)層剛度相對土體較大，因施工而產(chǎn)生的沉降變形發(fā)展較為緩慢且變形較小，因此，可先默認結(jié)構(gòu)層位移不變，采用本裝置測出土體相對于結(jié)構(gòu)層的位移，最后可在護筒附近路面結(jié)構(gòu)層打一道釘作為路面結(jié)構(gòu)層的沉降觀測點，對于頂管或者盾構(gòu)施工時，可定期觀測路面結(jié)構(gòu)層實際沉降，最后土體的實際沉降則是由本裝置所測得的相對位移與路面結(jié)構(gòu)層實際位移的疊加。
[0047]在固定護筒2及固定盒體3時，護筒的垂直度需控制好，切不可歪歪斜斜，盒體固定于護筒時，垂直度也要控制好，特別是對中性，以免出現(xiàn)不對中時，導(dǎo)桿出現(xiàn)偏斜導(dǎo)致測量結(jié)果不準確。在測量電阻時切不可將三條線接錯，以免發(fā)生短路對儀器造成破壞。
[0048]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，上述實施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于滑動變阻器測土體變形的觀測裝置，其特征在于，包括:固定于路面混凝土結(jié)構(gòu)層的護筒，固定于上述護筒內(nèi)壁的盒體，固定于上述盒體內(nèi)壁的導(dǎo)電件，接觸上述導(dǎo)電件的電刷，置于土體內(nèi)部并置于上述護筒下的沉降板，連接于上述電刷與沉降板的連接件，引出于上述導(dǎo)電件的上下端和電刷并連通測量儀器測出導(dǎo)電件與電刷之間的變化電阻的導(dǎo)線。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于滑動變阻器測土體變形的觀測裝置，其特征在于，上述護筒下設(shè)有多個供上述連接件通過的通孔。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于滑動變阻器測土體變形的觀測裝置，其特征在于，上述盒體與連接件的連接處設(shè)有防水橡膠套。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于滑動變阻器測土體變形的觀測裝置，其特征在于，還包括:蓋于上述護筒上的護蓋。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于滑動變阻器測土體變形的觀測裝置，其特征在于，上述導(dǎo)電件為導(dǎo)電塑料。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于滑動變阻器測土體變形的觀測裝置，其特征在于，上述導(dǎo)電塑料的下方與盒體之間的距離為lcm。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于滑動變阻器測土體變形的觀測裝置，其特征在于，上述連接件為導(dǎo)桿。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于滑動變阻器測土體變形的觀測裝置的量測方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一:裝設(shè)觀測裝置； 步驟二:觀測并用測試儀器測出各導(dǎo)線所對應(yīng)的電阻值； 步驟三:換算出各層土體的相對于路面結(jié)構(gòu)層的位移量;具體換算過程為: a，根據(jù)公式R=pLi/S可得:Li = RS/p R為實際測得的電阻值，單位為Ω ;p為導(dǎo)電塑料電阻率，單位Ω 為導(dǎo)電塑料橫截面面積，單位為m2;Li為電刷與導(dǎo)電塑料之間的長度，單位為m; b，根據(jù)Li=RS/p算出初始間距L0，施工后間隔一段時間再測出電阻，算出實際間距L1、Li + Ι，，則本次土體的相對于路面結(jié)構(gòu)層的位移變形為:Δ Li = L1-Li+l;當ALi>0時，則土體表現(xiàn)為隆起;當A Li〈0時，則土體表現(xiàn)為沉降;土體最終相對位移量S為:S= Σ Δ Li。
【文檔編號】E02D1/08GK105887792SQ201610225807
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】陳文偉, 吳躍東, 黃燕紅, 惠煒, 楊冬, 劉國沖, 蔣惠斌
【申請人】河海大學(xué)