二維矢量巖土凍脹融沉計(jì)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種在二維平面內(nèi)同步監(jiān)測(cè)切向和法向凍脹變形量的二維矢量巖土凍脹融沉計(jì)，由集成在外殼體內(nèi)腔的角度感應(yīng)裝置、位移感應(yīng)裝置和溫度感應(yīng)裝置組成，渠道或斜坡在較大凍脹力的作用下,沿法線和切線方向?qū)a(chǎn)生較大的變形，通過監(jiān)測(cè)角度和位移的變化量，解算凍脹融沉變形沿法向和切向方向的變形量或凍脹融沉變形的矢量，從而在二維平面內(nèi)同步監(jiān)測(cè)切向和法向凍脹融沉變形量，測(cè)定巖土的凍脹融沉量，達(dá)到監(jiān)測(cè)凍脹融沉變形的目的。該二維矢量巖土凍脹融沉計(jì)克服了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法以一維豎向變形量或法向變形量單一方向作為凍脹融沉量的技術(shù)缺陷，同時(shí)具備溫度監(jiān)測(cè)功能。可為嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)渠道斜坡的凍脹融沉變形提供可靠、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
【專利說明】二維矢量巖土凍脹融沉計(jì)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種二維矢量巖土凍脹融沉計(jì)，屬于一種監(jiān)測(cè)巖土監(jiān)測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前關(guān)于嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)巖土凍脹量的監(jiān)測(cè)手段主要有以下三種:(1)高程觀測(cè)的方法:凍脹量采用觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行高程觀測(cè)，測(cè)量儀器為水準(zhǔn)儀，觀測(cè)基點(diǎn)引用國家高程三、四等水準(zhǔn)網(wǎng)水準(zhǔn)點(diǎn)，通過觀測(cè)豎向位移，以此作為凍脹量變化值。此觀測(cè)方式存在的問題是:凍脹往往發(fā)生在冬季嚴(yán)寒的氣候條件下，受觀測(cè)人員的精力和工作狀態(tài)的影響，觀測(cè)精度很難保證；每次觀測(cè)間隔時(shí)間太長，凍脹量的變化過程和最大凍脹量難以及時(shí)地觀測(cè)到；以豎向變形量單方面代替凍脹量，違背了渠道凍脹量發(fā)生、發(fā)展的變化機(jī)理。(2)簡單以法向方向上的位移量代替凍脹量類的監(jiān)測(cè)儀器是另一類較為普遍的監(jiān)測(cè)儀器的工作原理，如通過位移計(jì)的改裝，加長傳遞桿，儀器按照法向方向埋設(shè)于凍土部位。該做法的不足是:儀器底部的基準(zhǔn)點(diǎn)不能準(zhǔn)確地予以固定；儀器自身受土體的應(yīng)力應(yīng)變的約束較大；忽略了切向方向上的凍脹變形量。(3)儀器觀測(cè)方法:目前典型的、比較常用的監(jiān)測(cè)儀器是多深度凍土凍脹融沉測(cè)量儀，例如專利申請(qǐng)?zhí)枮?201220438574.3的專利所公開的一種“多深度凍土凍脹融沉測(cè)量儀”。該類型的儀器主要是通過測(cè)量錨頭與沉降板之間的相對(duì)垂直位移變化，從而換算出各種建筑的基礎(chǔ)凍脹變形量。特點(diǎn)是在圓盤上開有多個(gè)孔，每個(gè)孔內(nèi)設(shè)置有一個(gè)纖維探測(cè)管，每個(gè)纖維探測(cè)管的上部管內(nèi)設(shè)置有一個(gè)感應(yīng)器，每個(gè)纖維探測(cè)管內(nèi)注有防凍液，浮漂漂浮在防凍液上，浮漂通過浮漂線與感應(yīng)器連接，從而測(cè)量凍土凍脹量。但該類儀器存在的問題是:受土體豎向沉降量的影響，儀器底部的基準(zhǔn)點(diǎn)不能準(zhǔn)確地予以固定；防凍液受溫度的影響較大；儀器自身受土體的應(yīng)力應(yīng)變的約束較大，以上因素影響了其觀測(cè)精度，觀測(cè)值不能真實(shí)反應(yīng)巖土凍脹量。
[0003]現(xiàn)有的觀測(cè)儀器及方法所面臨的共同問題是:均是以一維豎向變形量(或法向變形量)單一方向作為凍脹融沉量，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不能代表真實(shí)變化值，不能準(zhǔn)確的反映渠道凍脹量發(fā)生、發(fā)展的變化機(jī)理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型目的在于，提供一種在二維平面內(nèi)同步監(jiān)測(cè)切向和法向凍脹變形量的二維矢量巖土凍脹融沉計(jì)，由集成在外殼體內(nèi)腔的角度感應(yīng)裝置、位移感應(yīng)裝置和溫度感應(yīng)裝置組成，渠道或斜坡在較大凍脹力的作用下，沿法線和切線方向?qū)a(chǎn)生較大的變形，通過監(jiān)測(cè)角度和位移的變化量，解算凍脹融沉變形沿法向和切向方向的變形量或凍脹融沉變形的矢量，從而在二維平面內(nèi)同步監(jiān)測(cè)切向和法向凍脹融沉變形量，測(cè)定巖土的凍脹融沉量，達(dá)到監(jiān)測(cè)凍脹融沉變形的目的。該二維矢量巖土凍脹融沉計(jì)克服了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法以一維豎向變形量或法向變形量單一方向作為凍脹融沉量的技術(shù)缺陷，同時(shí)具備溫度監(jiān)測(cè)功能?？蔀閲?yán)寒、寒冷地區(qū)渠道斜坡的凍脹融沉變形提供可靠、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
[0005]本實(shí)用新型所述的二維矢量巖土凍脹融沉計(jì)，該凍脹融沉計(jì)(13)是由外殼體(6)、位移傳動(dòng)桿(5)、固定桿(12)、頂部錨固端(7)、測(cè)量電纜出口(8)、密封空腔(9)、密封堵頭(10)、位移錨固端(11)、巖土斜坡或渠道(14)、測(cè)量電纜(15)、端口(16)、位移感應(yīng)端(17)、外接監(jiān)測(cè)設(shè)備(20)和集成于密封空腔(9)內(nèi)的感應(yīng)裝置組成，所述的感應(yīng)裝置包括角度感應(yīng)裝置、位移感應(yīng)裝置和溫度感應(yīng)裝置，角度感應(yīng)裝置由角度傳感器(I)和與之連接的角度采樣電路(4)組成；位移感應(yīng)裝置由位移傳動(dòng)桿(5)和位移傳感器(2)組成；溫度感應(yīng)裝置為感應(yīng)外界環(huán)境溫度變化的溫度傳感器(3);所述的角度、位移和溫度感應(yīng)裝置均通過測(cè)量電纜(15)與外接監(jiān)測(cè)設(shè)備(20)連接。
[0006]在密封空腔(9)內(nèi)分別固定有密封堵頭(10)、角度傳感器(I)、角度采樣電路(4)、溫度傳感器(3 )和位移傳感器(2 )，測(cè)量電纜(15 )通過密封堵頭(10 )與角度傳感器(I)、角度采樣電路(4)、溫度傳感器(3)和位移傳感器(2)串接。
[0007]在外殼體(6)的一端開有端口( 16),位移傳動(dòng)桿(5)通過端口( 16)與位移傳感器
(2)上的位移感應(yīng)端(17)連接固定并與其聯(lián)動(dòng)，位移傳動(dòng)桿(5)在端口( 16)上伸縮移動(dòng)，在端口(16)的一端設(shè)有位移錨固端(11)。
[0008]在外殼體(6)的頂部連接固定若干個(gè)不同長度的可拆裝的固定桿(12),固定桿(12)的一端為螺紋絲扣(19)，固定桿(12)的另一端設(shè)有頂部錨固端(7)，在外殼體(6)的頂部開有與螺紋絲扣(19)相吻合的螺紋絲套(18)。
[0009]在外殼體(6)上開有測(cè)量電纜出口(8)，測(cè)量電纜(15)通過測(cè)量電纜出口(8)連接到外接監(jiān)測(cè)設(shè)備(20)。
[0010]【專利附圖】

【附圖說明】:
[0011]圖1為本實(shí)用新型剖面圖；
[0012]圖2為本實(shí)用新型整體外觀示意圖；
[0013]圖3為本實(shí)用新型固定桿連接方式示意圖；
[0014]圖4為本實(shí)用新型渠坡表面安裝示意圖；
[0015]圖5為本實(shí)用新型渠坡表層安裝示意圖。
[0016]圖例:1、角度傳感器，2、位移傳感器，3、溫度傳感器，4、角度采樣點(diǎn)電路，5、位移傳動(dòng)桿，6、外殼體，7、頂部錨固端，8、測(cè)量電纜出口，9、密封空腔，10、密封堵頭，11、位移錨固端，12、固定桿，13、凍脹融沉計(jì)，14、巖土斜坡或渠道，15、測(cè)量電纜，16、端口，17、位移感應(yīng)端，18、螺紋絲套，19、螺紋絲扣，20、外接監(jiān)測(cè)設(shè)備。
[0017]【具體實(shí)施方式】:
[0018]本實(shí)用新型結(jié)合附圖進(jìn)一步描述，并給出具體的實(shí)施例。
[0019]如附圖1、2，本實(shí)用新型的二維矢量巖土凍脹融沉計(jì)的外殼體6采用不銹鋼材料制作，在外殼體6內(nèi)用密封堵頭10進(jìn)行密封，形成相對(duì)密閉的密封空腔9，以此增強(qiáng)設(shè)備的抗腐性和耐用性；在密封空腔9內(nèi)自上而下依次集成有角度傳感器I和與之連接的角度采樣點(diǎn)電路4、溫度傳感器3和位移傳感器2，角度傳感器I采用耐沖擊型伺服加速度傳感器，具有可靠性好、穩(wěn)定和反應(yīng)時(shí)間快的優(yōu)點(diǎn)，測(cè)角范圍可達(dá)到±30° ;位移傳感器2采用振弦式傳感器，量程可根據(jù)需要自定；角度傳感器1、角度采樣點(diǎn)電路4、溫度傳感器3和位移傳感器2都采用目前市場(chǎng)上通用的成熟產(chǎn)品，各傳感器原件用絕緣材料與外殼隔離；在外殼體6的一端開有的端口 16，位移傳動(dòng)桿5通過端口 16與位移傳感器2的位移感應(yīng)端17連接，位移傳動(dòng)桿5可在端口 16上伸縮移動(dòng)，在位移傳動(dòng)桿5的一端設(shè)有用于連接固定物的位移錨固端11 ；
[0020]如附圖3，在外殼體6的頂部連接固定若干個(gè)不同長度的可拆裝的固定桿(12 )，固定桿12的一端固定頂部錨固端7用于監(jiān)測(cè)時(shí)連接固定物，固定桿12的另一端為螺紋絲扣19，在外殼體6的頂部開有與螺紋絲扣19相吻合的螺紋絲套18，通過旋擰固定桿12即可方便地將其安裝固定在在外殼體6或拆卸，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖土待測(cè)部位的長度而選擇安裝合適長度的固定桿12 ；
[0021]如附圖4和圖5，選擇當(dāng)年冬季和來年春季，將凍脹融沉計(jì)13埋設(shè)于斜坡或渠道14的表面或淺層地表層，將固定桿12的頂部錨固端7固定于渠道或斜坡頂部預(yù)埋的固定物上，位移傳動(dòng)桿5的位移錨固端11固定于待觀測(cè)的冬季凍脹和春季融沉部位，當(dāng)巖土在低溫、嚴(yán)寒氣候作用下，渠道或斜坡發(fā)生沿法向和切向方向的凍脹或在春季隨著環(huán)境氣溫的升高，該部位的凍土開始融 化而產(chǎn)生變位時(shí)，通過位移錨固端11帶動(dòng)凍脹融沉計(jì)13產(chǎn)生角度和位移的變化，由角度傳感器I感應(yīng)巖土因凍脹融沉而產(chǎn)生的角度變化，傳輸?shù)脚c之連接的角度采樣電路4，將感應(yīng)的角度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的RS485信號(hào)，經(jīng)測(cè)量電纜15輸出；巖土位移的變化通過位移傳動(dòng)桿5傳遞至位移感應(yīng)端17使其聯(lián)動(dòng)并產(chǎn)生位移信號(hào)，其感應(yīng)到的位移變化信號(hào)經(jīng)測(cè)量電纜15輸出；由溫度傳感器3感應(yīng)外界環(huán)境溫度的變化，溫度數(shù)據(jù)經(jīng)測(cè)量電纜輸出，測(cè)量電纜15經(jīng)過外殼體6上的測(cè)量電纜出口 8與外接監(jiān)測(cè)設(shè)備20連接，將角度、位移和溫度變化數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵饨颖O(jiān)測(cè)設(shè)備20進(jìn)行處理，通過觀測(cè)角度和位移的變化量，由外接監(jiān)測(cè)設(shè)備20利用計(jì)算公式解算出特定溫度下巖土沿法向及切向的變形量或變形矢量；
[0022]角度及位移測(cè)量計(jì)算公式:當(dāng)巖土發(fā)生凍脹融沉變形時(shí)，二維矢量巖土凍脹融沉計(jì)13傾斜角a與輸出電量A的計(jì)算計(jì)算公式:
[0023]
【權(quán)利要求】
1.一種二維矢量巖土凍脹融沉計(jì)，其特征在于該凍脹融沉計(jì)(13)是由外殼體(6)、位移傳動(dòng)桿(5)、固定桿(12)、頂部錨固端(7)、測(cè)量電纜出口(8)、密封空腔(9)、密封堵頭(10)、位移錨固端(11)、巖土斜坡或渠道(14)、測(cè)量電纜(15)、端口(16)、位移感應(yīng)端(17)、外接監(jiān)測(cè)設(shè)備(20)和集成于密封空腔(9)內(nèi)的感應(yīng)裝置組成，所述的感應(yīng)裝置包括角度感應(yīng)裝置、位移感應(yīng)裝置和溫度感應(yīng)裝置，角度感應(yīng)裝置由角度傳感器(I)和與之連接的角度采樣電路(4)組成；位移感應(yīng)裝置由位移傳動(dòng)桿(5)和位移傳感器(2)組成；溫度感應(yīng)裝置為感應(yīng)外界環(huán)境溫度變化的溫度傳感器(3);所述的角度、位移和溫度感應(yīng)裝置均通過測(cè)量電纜(15 )與外接監(jiān)測(cè)設(shè)備(20 )連接。
2.如權(quán)利要求1所述的二維矢量巖土凍脹融沉計(jì)，其特征在于在密封空腔(9)內(nèi)分別固定有密封堵頭(10)、角度傳感器(I)、角度采樣電路(4)、溫度傳感器(3)和位移傳感器(2)，測(cè)量電纜(15)通過密封堵頭(10)與角度傳感器(I)、角度采樣電路(4)、溫度傳感器(3)和位移傳感器(2)串接。
3.如權(quán)利要求1所述的二維矢量巖土凍脹融沉計(jì)，其特征在于在外殼體(6)的一端開有端口( 16 )，位移傳動(dòng)桿(5 )通過端口( 16 )與位移傳感器(2 )上的位移感應(yīng)端(17)連接固定并與其聯(lián)動(dòng)，位移傳動(dòng)桿(5)在端口( 16)上伸縮移動(dòng)，在端口( 16)的一端設(shè)有位移錨固端(11)。
4.如權(quán)利要求1所述的二維矢量巖土凍脹融沉計(jì)，其特征在于在外殼體(6)的頂部固定連接若干個(gè)不同長度可拆裝的固定桿(12),固定桿(12)的一端為螺紋絲扣(19),固定桿(12)的另一端設(shè)有頂部錨固端(7)，在外殼體(6)的頂部開有與螺紋絲扣(19)相吻合的螺紋絲套(18)。
5.如權(quán)利要求1所述的二維矢量巖土凍脹融沉計(jì)，其特征在于在外殼體(6)上開有測(cè)量電纜出口(8)，測(cè)量電纜(15)通過測(cè)量電纜出口(8)連接到外接監(jiān)測(cè)設(shè)備(20)。
【文檔編號(hào)】E02D1/00GK203755286SQ201420133253
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】吳艷, 周富強(qiáng), 何建村, 郭謹(jǐn), 戴燦偉, 沈志剛, 鄧建偉, 曲傳勇, 田偉, 孟波, 毛建剛 申請(qǐng)人:新疆水利水電科學(xué)研究院