观测珊瑚砂挤密的装置及使用方法与流程

本发明涉及珊瑚砂地基工程建设领域，具体包括一种观测珊瑚砂挤密的装置及使用方法。

背景技术：

珊瑚砂属珊瑚礁碎屑土，主要由珊瑚碎屑和其他海洋生物碎屑组成，是一种特殊的地质体，具有典型的疏松多孔、硬度低、易碎的特点。实际工程中，在海域珊瑚砂分布广泛的地区常遇到必须使用珊瑚砂作为地基的情况，此时一般通过挤密珊瑚砂提高其承载力及力学性质。初期的挤密方法为利用大型机械对珊瑚砂进行振动碾压或冲击碾压，后在对挤密方法的探索中，为节约资金、提高挤密效果等提出了一种利用膨胀砂浆对珊瑚砂进行挤密的方法。但作为较新的方法，针对其的实验装置较少，且没有设备可对在膨胀砂浆影响下珊瑚砂的受力、变形及位移等数据进行准确具体的监测。

而现有的一些类似设计，如专利号为“cn109853641a”，名称为“一种海上风电挤密砂桩的试验方法”的发明专利，提供了一种通过打设试验桩，以正方形布置地将100根砂桩打入水下砂土层，通过安装反力架、加载系统、基准系统和沉降测量系统进行抗压试验，利用四根锚桩作为试验平台的支撑基础，用来进行沉降测量和土压力测定，虽然可以有效地掌握水下挤密砂桩对土体的扰动情况，但是是通过埋设数量较大的砂桩来实现地基的铺设，并不适用于珊瑚砂地形，无法直接用于对珊瑚砂挤密情况的观测。

又如专利号为“cn103938661a”，名称为“振动沉管挤密桩模型试验装置及试验方法”的发明专利，通过设置透明模型槽以及槽内模拟桩周土的透明土、中心设有注浆管的带桩靴的沉管，以及透明模型槽上方的沉桩机构；利用透明模型槽外一侧设置的激光源和数码相机，对不同桩周土体特性、沉管横截面形式、桩径和桩长情况下的振动沉管挤密桩的挤土效应进行测量；对指导振动沉管桩成桩施工对周围构建物影响设计与施工具有重要意义，但是缺少膨胀挤密装置，且土层内未装设相关观测及测量设备，仅仅通过外部观测的方式，效果较差，得到的测量结果精确度较低。

综上所述，设计一种可对在膨胀砂浆影响下珊瑚砂的受力、变形及位移等数据进行准确具体的监测，同时为施工方法的改进以及工程中变量的最佳值计算提供实验数据的观测珊瑚砂挤密的装置，就显得十分必要了。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种观测珊瑚砂挤密的装置及使用方法，该装置采用在珊瑚砂土层内埋设传感器、信号装置以及成像设备的方式，解决了现有技术需要埋设地基桩，无法直接用于珊瑚砂土体挤密，且仅仅通过外部观测，测量效果不佳的问题，具有测量结果精确，可视化程度高，可以直接用于珊瑚砂土体挤密相关性质测量的特点。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种观测珊瑚砂挤密的装置，它包括加载孔、观测区、水平监测管、摄像头、竖直监测管和信号装置；所述观测区为在珊瑚砂土质层上划设出的圆柱体结构区域；所述加载孔为开设在观测区中心位置的圆柱体结构凹槽；所述水平监测管一端与加载孔连接，一端伸入观测区内部；所述竖直监测管竖直埋设于观测区内部，信号装置设置在竖直监测管内。

所述加载孔内壁设置有圆柱体结构的橡胶囊体，橡胶囊体外壁与加载孔内壁贴合；橡胶囊体受力时可膨胀。

所述水平监测管为多个直径依次减小的中空管连接成的可伸缩直管；多条水平监测管设置在不同水平面的不同方向；水平监测管直径不超过加载孔深度的五分之一。

所述水平监测管内壁连接有数个摄像头；每条水平监测管内摄像头不少于三个。

所述水平监测管由有机玻璃材质制成；水平监测管内的摄像头的镜头朝向不同方向。

所述竖直监测管为竖直方向埋设于观测区内的pvc直管，多条竖直监测管埋设于加载区轴向方向不同距离处。

所述信号装置包括连接于竖直监测管内壁的信号发生器，以及连接于信号发生器与加载孔较近一侧的压力传感器和连接于信号发生器与加载孔较远一侧的渗压计。

所述信号装置外侧包裹有防水布。

所述水平监测管以及装置中所有线路外侧均包裹有碳纤维布，且在电子元件接口处涂覆有防水材料。

如上所述的观测珊瑚砂挤密的装置的使用方法，它包括如下步骤：

s1，计算确定参数，通过所期望的荷载计算确定膨胀砂浆的使用量，进而确定加载孔、水平监测管位置、竖直监测管位置等各项参数；

s2，在确定位置挖出加载孔，并埋设橡胶囊体，然后连接抽砂管与大功率抽砂机，并在已确定位置进行抽吸，在观测区内吸出水平监测管和竖直监测管的埋设孔位；当抽吸的孔深达到所需深度时停止抽吸，并缓慢取出抽砂管；

s3，对信号装置外侧包裹防水布，对水平监测管以及相关线缆外侧包裹碳纤维布及涂覆防水材料，将信号装置和摄像头电性连接至集成了信号接收器的终端设备；

s4，将摄像头连接于水平监测管内，将信号装置连接于竖直监测管内，然后将水平监测管和竖直监测管置入抽吸出的孔位内，将水平监测管拉伸至合适的长度；

s5，在加载孔内注入定量的膨胀砂浆，并使其膨胀挤密珊瑚砂；

s6，通过摄像头所监控的画面对珊瑚砂挤密时颗粒粒径等参数的变化情况进行观察，通过信号发生器所传递的信号源的位移确定珊瑚砂观测区各部分的位移情况，通过压力传感器和渗压计对整体受力数据进行采集，根据一次或多次实验情况进行分析。

一种观测珊瑚砂挤密的装置，它包括加载孔、观测区、水平监测管、摄像头、竖直监测管和信号装置；所述观测区为在珊瑚砂土质层上划设出的圆柱体结构区域；所述加载孔为开设在观测区中心位置的圆柱体结构凹槽；所述水平监测管一端与加载孔连接，一端伸入观测区内部；所述竖直监测管竖直埋设于观测区内部，信号装置设置在竖直监测管内。该装置采用在珊瑚砂土层内埋设传感器、信号装置以及成像设备的方式，测量结果精确，可视化程度高，可以直接用于珊瑚砂土体挤密相关性质测量。

在优选的方案中，加载孔内壁设置有圆柱体结构的橡胶囊体，橡胶囊体外壁与加载孔内壁贴合；橡胶囊体受力时可膨胀。结构简单，使用时，橡胶囊体内注入膨胀砂浆，可以保证砂浆不会外漏至土体内，通过橡胶囊体膨胀对周围珊瑚砂土体进行挤密。

在优选的方案中，水平监测管为多个直径依次减小的中空管连接成的可伸缩直管；多条水平监测管设置在不同水平面的不同方向；水平监测管直径不超过加载孔深度的五分之一。结构简单，使用时，水平监测管为可伸缩结构，便于根据需要调整长度，以便适应不同的实验环境，提高了装置的适用性。

在优选的方案中，水平监测管内壁连接有数个摄像头；每条水平监测管内摄像头不少于三个。结构简单，使用时，由于距离加载孔较近处变形较明显，可在靠近加载孔的部分设置的较为密集，以保证可通过不同监控探头图像的比较清晰的对比出挤密时珊瑚砂粒径的变化，同时对于可直接开挖的情况，可更加细致的监测出不同位置的位移情况，提高了装置的可视化程度。

在优选的方案中，水平监测管由有机玻璃材质制成；水平监测管内的摄像头的镜头朝向不同方向。结构简单，使用时，有机玻璃保证了防水性和透光性，为摄像头提供了良好的视野；镜头朝向不同的方向可以对珊瑚砂土体进行全方位监测，提高了测量的准确性。

在优选的方案中，竖直监测管为竖直方向埋设于观测区内的pvc直管，多条竖直监测管埋设于加载区轴向方向不同距离处。结构简单，使用时，不同距离埋设多条竖直监测管，可以有效对观测区内部进行全方位的监测，减小了因测量点过少造成的误差。

在优选的方案中，信号装置包括连接于竖直监测管内壁的信号发生器，以及连接于信号发生器与加载孔较近一侧的压力传感器和连接于信号发生器与加载孔较远一侧的渗压计。结构简单，使用时，信号发生器持续发出位置信号，可以有效掌握土体在挤密过程中的位移量，并通过信号发生器的位置变化量算出精确值，压力传感器和渗压计可以对压力值进行测量；这一设计大大提高了装置的观测准确性。

在优选的方案中，信号装置外侧包裹有防水布。结构简单，使用时，防水布可以防止信号装置受潮或进水导致失效或损坏，提高了设备的耐用性。

在优选的方案中，水平监测管以及装置中所有线路外侧均包裹有碳纤维布，且在电子元件接口处涂覆有防水材料。结构简单，使用时，当珊瑚砂土体挤密形变时，水平监测管及相关线路可能因受力变化导致损坏，裹上高强度的碳纤维布，可以有效保护设备不受拉力损坏，提高了设备的耐用性。

在优选的方案中，处理器和显示器可选用pc设备；信号发生器选用三丰无线发射器wu-t-l防水型，信号接收器选用三丰无线接收器wifi-u-r；渗压计选用金鑫jx-kyj-30型号；压力传感器选用松下dp-102a型号。

在优选的方案中，观测珊瑚砂挤密的装置的使用方法，它包括如下步骤：

s1，计算确定参数，通过所期望的荷载计算确定膨胀砂浆的使用量，进而确定加载孔、水平监测管位置、竖直监测管位置等各项参数；

s2，在确定位置挖出加载孔，并埋设橡胶囊体，然后连接抽砂管与大功率抽砂机，并在已确定位置进行抽吸，在观测区内吸出水平监测管和竖直监测管的埋设孔位；当抽吸的孔深达到所需深度时停止抽吸，并缓慢取出抽砂管；

s3，对信号装置外侧包裹防水布，对水平监测管以及相关线缆外侧包裹碳纤维布及涂覆防水材料，将信号装置和摄像头电性连接至集成了信号接收器的终端设备；

s4，将摄像头连接于水平监测管内，将信号装置连接于竖直监测管内，然后将水平监测管和竖直监测管置入抽吸出的孔位内，将水平监测管拉伸至合适的长度；

s5，在加载孔内注入定量的膨胀砂浆，并使其膨胀挤密珊瑚砂；

s6，通过摄像头所监控的画面对珊瑚砂挤密时颗粒粒径等参数的变化情况进行观察，通过信号发生器所传递的信号源的位移确定珊瑚砂观测区各部分的位移情况，通过压力传感器和渗压计对整体受力数据进行采集，根据一次或多次实验情况进行分析。

一种观测珊瑚砂挤密的装置及使用方法，它包括加载孔、观测区、水平监测管、摄像头、竖直监测管和信号装置；所述观测区为在珊瑚砂土质层上划设出的圆柱体结构区域；所述加载孔为开设在观测区中心位置的圆柱体结构凹槽；所述水平监测管一端与加载孔连接，一端伸入观测区内部；所述竖直监测管竖直埋设于观测区内部，信号装置设置在竖直监测管内。该装置采用在珊瑚砂土层内埋设传感器、信号装置以及成像设备的方式，解决了现有技术需要埋设地基桩，无法直接用于珊瑚砂土体挤密，且仅仅通过外部观测，测量效果不佳的问题，具有测量结果精确，可视化程度高，可以直接用于珊瑚砂土体挤密性质测量的特点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中水平监测管的主视图和侧视图。

图3为本发明中信号装置的结构示意图。

图4为本发明中电子设备连接逻辑图。

图中附图标记为：加载孔1，橡胶囊体11，观测区2，水平监测管3，摄像头4，竖直监测管5，信号装置6，信号发生器61，压力传感器62，渗压计63。

具体实施方式

如图1~图4中，一种观测珊瑚砂挤密的装置，它包括加载孔1、观测区2、水平监测管3、摄像头4、竖直监测管5和信号装置6；所述观测区2为在珊瑚砂土质层上划设出的圆柱体结构区域；所述加载孔1为开设在观测区2中心位置的圆柱体结构凹槽；所述水平监测管3一端与加载孔1连接，一端伸入观测区2内部；所述竖直监测管5竖直埋设于观测区2内部，信号装置6设置在竖直监测管5内。该装置采用在珊瑚砂土层内埋设传感器、信号装置6以及成像设备的方式，测量结果精确，可视化程度高，可以直接用于珊瑚砂土体挤密相关性质测量。

优选的方案中，加载孔1内壁设置有圆柱体结构的橡胶囊体11，橡胶囊体11外壁与加载孔1内壁贴合；橡胶囊体11受力时可膨胀。结构简单，使用时，橡胶囊体11内注入膨胀砂浆，可以保证砂浆不会外漏至土体内，通过橡胶囊体11膨胀对周围珊瑚砂土体进行挤密。

优选的方案中，水平监测管3为多个直径依次减小的中空管连接成的可伸缩直管；多条水平监测管3设置在不同水平面的不同方向；水平监测管3直径不超过加载孔1深度的五分之一。结构简单，使用时，水平监测管3为可伸缩结构，便于根据需要调整长度，以便适应不同的实验环境，提高了装置的适用性。

优选的方案中，水平监测管3内壁连接有数个摄像头4；每条水平监测管3内摄像头4不少于三个。结构简单，使用时，由于距离加载孔1较近处变形较明显，可在靠近加载孔1的部分设置的较为密集，以保证可通过不同监控探头图像的比较清晰的对比出挤密时珊瑚砂粒径的变化，同时对于可直接开挖的情况，可更加细致的监测出不同位置的位移情况，提高了装置的可视化程度。

优选的方案中，水平监测管3由有机玻璃材质制成；水平监测管3内的摄像头4的镜头朝向不同方向。结构简单，使用时，有机玻璃保证了防水性和透光性，为摄像头4提供了良好的视野；镜头朝向不同的方向可以对珊瑚砂土体进行全方位监测，提高了测量的准确性。

优选的方案中，竖直监测管5为竖直方向埋设于观测区2内的pvc直管，多条竖直监测管5埋设于加载区轴向方向不同距离处。结构简单，使用时，不同距离埋设多条竖直监测管5，可以有效对观测区2内部进行全方位的监测，减小了因测量点过少造成的误差。

优选的方案中，信号装置6包括连接于竖直监测管5内壁的信号发生器61，以及连接于信号发生器61与加载孔1较近一侧的压力传感器62和连接于信号发生器61与加载孔1较远一侧的渗压计63。结构简单，使用时，信号发生器61持续发出位置信号，可以有效掌握土体在挤密过程中的位移量，并通过信号发生器61的位置变化量算出精确值，压力传感器62和渗压计63可以对压力值进行测量；这一设计大大提高了装置的观测准确性。

优选的方案中，信号装置6外侧包裹有防水布。结构简单，使用时，防水布可以防止信号装置6受潮或进水导致失效或损坏，提高了设备的耐用性。

优选的方案中，水平监测管3以及装置中所有线路外侧均包裹有碳纤维布，且在电子元件接口处涂覆有防水材料。结构简单，使用时，当珊瑚砂土体挤密形变时，水平监测管3及相关线路可能因受力变化导致损坏，裹上高强度的碳纤维布，可以有效保护设备不受拉力损坏，提高了设备的耐用性。

优选的方案中，处理器和显示器可选用pc设备；信号发生器61选用三丰无线发射器wu-t-l防水型，信号接收器选用三丰无线接收器wifi-u-r；渗压计63选用金鑫jx-kyj-30型号；压力传感器62选用松下dp-102a型号。

优选的方案中，观测珊瑚砂挤密的装置的使用方法，它包括如下步骤：

s1，计算确定参数，通过所期望的荷载计算确定膨胀砂浆的使用量，进而确定加载孔1、水平监测管3位置、竖直监测管5位置等各项参数；

s2，在确定位置挖出加载孔1，并埋设橡胶囊体11，然后连接抽砂管与大功率抽砂机，并在已确定位置进行抽吸，在观测区2内吸出水平监测管3和竖直监测管5的埋设孔位；当抽吸的孔深达到所需深度时停止抽吸，并缓慢取出抽砂管；

s3，对信号装置6外侧包裹防水布，对水平监测管3以及相关线缆外侧包裹碳纤维布及涂覆防水材料，将信号装置6和摄像头4电性连接至集成了信号接收器的终端设备；

s4，将摄像头4连接于水平监测管3内，将信号装置6连接于竖直监测管5内，然后将水平监测管3和竖直监测管5置入抽吸出的孔位内，将水平监测管3拉伸至合适的长度；

s5，在加载孔1内注入定量的膨胀砂浆，并使其膨胀挤密珊瑚砂；

s6，通过摄像头4所监控的画面对珊瑚砂挤密时颗粒粒径等参数的变化情况进行观察，通过信号发生器61所传递的信号源的位移确定珊瑚砂观测区2各部分的位移情况，通过压力传感器62和渗压计63对整体受力数据进行采集，根据一次或多次实验情况进行分析。

如上所述的观测珊瑚砂挤密的装置，安装使用时，观测区2为在珊瑚砂土质层上划设出的圆柱体结构区域；加载孔1为开设在观测区2中心位置的圆柱体结构凹槽；水平监测管3一端与加载孔1连接，一端伸入观测区2内部；竖直监测管5竖直埋设于观测区2内部，信号装置6设置在竖直监测管5内。该装置采用在珊瑚砂土层内埋设传感器、信号装置6以及成像设备的方式，测量结果精确，可视化程度高，可以直接用于珊瑚砂土体挤密相关性质测量。

使用时，加载孔1内壁设置有圆柱体结构的橡胶囊体11，橡胶囊体11外壁与加载孔1内壁贴合；橡胶囊体11受力时可膨胀，橡胶囊体11内注入膨胀砂浆，可以保证砂浆不会外漏至土体内，通过橡胶囊体11膨胀对周围珊瑚砂土体进行挤密。

使用时，水平监测管3为多个直径依次减小的中空管连接成的可伸缩直管；多条水平监测管3设置在不同水平面的不同方向；水平监测管3直径不超过加载孔1深度的五分之一，水平监测管3为可伸缩结构，便于根据需要调整长度，以便适应不同的实验环境，提高了装置的适用性。

使用时，水平监测管3内壁连接有数个摄像头4；每条水平监测管3内摄像头4不少于三个，由于距离加载孔1较近处变形较明显，可在靠近加载孔1的部分设置的较为密集，以保证可通过不同监控探头图像的比较清晰的对比出挤密时珊瑚砂粒径的变化，同时对于可直接开挖的情况，可更加细致的监测出不同位置的位移情况，提高了装置的可视化程度。

使用时，水平监测管3由有机玻璃材质制成；水平监测管3内的摄像头4的镜头朝向不同方向，有机玻璃保证了防水性和透光性，为摄像头4提供了良好的视野；镜头朝向不同的方向可以对珊瑚砂土体进行全方位监测，提高了测量的准确性。

使用时，竖直监测管5为竖直方向埋设于观测区2内的pvc直管，多条竖直监测管5埋设于加载区轴向方向不同距离处，不同距离埋设多条竖直监测管5，可以有效对观测区2内部进行全方位的监测，减小了因测量点过少造成的误差。

使用时，信号装置6包括连接于竖直监测管5内壁的信号发生器61，以及连接于信号发生器61与加载孔1较近一侧的压力传感器62和连接于信号发生器61与加载孔1较远一侧的渗压计63，信号发生器61持续发出位置信号，可以有效掌握土体在挤密过程中的位移量，并通过信号发生器61的位置变化量算出精确值，压力传感器62和渗压计63可以对压力值进行测量；这一设计大大提高了装置的观测准确性。

使用时，信号装置6外侧包裹有防水布，防水布可以防止信号装置6受潮或进水导致失效或损坏，提高了设备的耐用性。

使用时，水平监测管3以及装置中所有线路外侧均包裹有碳纤维布，且在电子元件接口处涂覆有防水材料，当珊瑚砂土体挤密形变时，水平监测管3及相关线路可能因受力变化导致损坏，裹上高强度的碳纤维布，可以有效保护设备不受拉力损坏，提高了设备的耐用性。

使用时，处理器和显示器可选用pc设备；信号发生器61选用三丰无线发射器wu-t-l防水型，信号接收器选用三丰无线接收器wifi-u-r；渗压计63选用金鑫jx-kyj-30型号；压力传感器62选用松下dp-102a型号。

使用时，先计算确定参数，通过所期望的荷载计算确定膨胀砂浆的使用量，进而确定加载孔1、水平监测管3位置、竖直监测管5位置等各项参数；其后在确定位置挖出加载孔1，并埋设橡胶囊体11，然后连接抽砂管与大功率抽砂机，并在已确定位置进行抽吸，在观测区2内吸出水平监测管3和竖直监测管5的埋设孔位；当抽吸的孔深达到所需深度时停止抽吸，并缓慢取出抽砂管；然后对信号装置6外侧包裹防水布，对水平监测管3以及相关线缆外侧包裹碳纤维布及涂覆防水材料，将信号装置6和摄像头4电性连接至集成了信号接收器的终端设备；再后将摄像头4连接于水平监测管3内，将信号装置6连接于竖直监测管5内，然后将水平监测管3和竖直监测管5置入抽吸出的孔位内，将水平监测管3拉伸至合适的长度；最后在加载孔1内注入定量的膨胀砂浆，并使其膨胀挤密珊瑚砂；通过摄像头4所监控的画面对珊瑚砂挤密时颗粒粒径等参数的变化情况进行观察，通过信号发生器61所传递的信号源的位移确定珊瑚砂观测区2各部分的位移情况，通过压力传感器62和渗压计63对整体受力数据进行采集，根据一次或多次实验情况进行分析。

当可对所述珊瑚砂观测区2进行整体开挖回填时，也可采取以下步骤：首先准备开挖工具、有刻度的长pvc管、摄像头4、碳纤维布、压力传感器62、渗压计63以及防水颜料；然后计算确定参数，将珊瑚砂观测区2整体挖出，并根据所需检测数据的多少将其分为占比不同的几部分并用防水颜料将其染成不同颜色；其后将染好色的珊瑚砂回填，并在回填至所需深度时将内部置有摄像头4的有刻度的监测管、压力传感器62、渗压计63等仪器置入，摄像头4设置在不同颜色交界处；最后在加载孔1内部置入定量的膨胀砂浆，并使其膨胀挤密珊瑚砂；通过摄像头4所监控的画面可对珊瑚砂挤密时颗粒粒径等参数的变化情况及其位移情况进行观察，通过压力传感器62、渗压计63可对整体受力数据进行采集。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。