一种土体分层沉降监测装置及方法与流程

[0001]
本发明属于岩土工程监测领域，尤其是涉及一种土体分层沉降监测装置及方法。


背景技术：

[0002]
在高填方地基、高填方路基、土石堤坝等工程中，常常需要监测土体内部分层沉降，掌握土层不同深度、不同时期的沉降量，用于预测工程完工后沉降趋势，判断工程稳定状态。目前土体分层沉降监测主要采用深标点水准仪法、电磁式沉降仪法等，其中深标点水准仪法是在预定位置采用钻机钻孔，然后往孔内放入带沉降盘的测杆，测杆外部采用套管保护将测杆引出地面，然后人工用水准高程测量方法进行观测，往往一个钻孔仅能布置一个深标点，仅适用于测点较少的情况，测量过程受天气条件影响大，当监测点与基准点距离较远时，需进行长距离引测，测量过程费时费力；电磁式沉降仪法是在土体中垂直钻孔埋设沉降管，在沉降管轴向按分层测量间距设置沉降磁环，沉降磁环外部带有簧片爪伸入孔壁土中，沉降磁环随孔壁土体沉降，利用电磁测头测出磁环的初始位置和沉降后位置，二者相比较即可算出土层的分层沉降量，但由于磁环簧片爪锚固力较弱，难以紧密抓牢钻孔壁，加之沉降管与沉降磁环之间的间隙易被土体填充，会对沉降磁环产生较大阻力，常导致沉降磁环难以随土层同步沉降，人为误差大，测量过程需要对沉降管管口高程定期校测，无法对土层沉降量进行实时观测。
[0003]
因此，现如今缺少一种土体分层沉降监测装置及方法，设计合理且成本低，省时，省力，安装方便，实现土体不同深度的沉降变形监测，监测精度高，且自动化程度高。


技术实现要素：

[0004]
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种土体分层沉降监测装置，其设计合理且成本低，省时，省力，安装方便，实现土体不同深度的沉降变形监测，监测精度高，且自动化程度高。
[0005]
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种土体分层沉降监测装置，其特征在于：包括多个沿埋设孔高度方向布设的沉降监测机构，多个所述沉降监测机构的结构相同，相邻两个所述沉降监测机构可拆卸连接；
[0006]
所述沉降监测机构包括两个锚固机构、以及安装在两个所述锚固机构之间的位移传感器和安装在位移传感器底部的位移传递杆，所述埋设孔中位于最底部的沉降监测机构记作底部沉降监测机构，所述底部沉降监测机构中底端的锚固机构位于稳定地层中；
[0007]
所述锚固机构包括套筒、设置在套筒内的活塞和设置在所述套筒内且推动活塞复位的压缩弹簧复位机构，以及安装在套筒上的锚固部件，所述锚固部件伸入套筒内的端部位于所述活塞和所述压缩弹簧复位机构之间；
[0008]
所述套筒的下端设置有密封盖和底盖，所述密封盖位于底盖内，所述底盖与所述套筒的下端可拆卸连接，所述套筒的上端设置有顶盖，所述顶盖和套筒的上端可拆卸连接，所述底盖上设置有为活塞提供液压油的液压管部件，所述埋设孔顶部外设置有液压泵，所
述液压泵与所述液压管部件连接。
[0009]
上述的一种土体分层沉降监测装置，其特征在于：所述底盖中设置有安装腔，所述密封盖中心位置设置有贯通孔，所述液压管部件包括伸入安装腔内的液压管接头、与液压管接头一端连接的第一连接接头和与液压管接头另一端连接的第二连接接头，所述第一连接接头和第二连接接头上安装有液压管，所述液压管接头为t形接头，所述液压管接头内设置有t形进油通道，所述第一连接接头内设置有第一进油通道，所述第二连接接头内设置有第二进油通道，所述第一进油通道、所述t形进油通道、所述第二进油通道依次连通，所述t形进油通道、所述安装腔和所述贯通孔依次连通。
[0010]
上述的一种土体分层沉降监测装置，其特征在于：所述活塞外侧壁与套筒的内侧壁之间设置有多个第一密封圈，所述密封盖的外侧壁与套筒的内侧壁之间设置有第二密封圈；
[0011]
所述底盖远离套筒的底部设置有下螺纹接头，所述顶盖远离套筒的顶部设置有上螺纹接头；
[0012]
所述套筒外侧壁上设置有吊环。
[0013]
上述的一种土体分层沉降监测装置，其特征在于：所述锚固部件包括套设在套筒上的支撑座和三个沿支撑座圆周方向均布的锚固头，所述支撑座和套筒可拆卸连接，所述支撑座包括套环部和三个沿所述套环部圆周方向均布的连接座；
[0014]
三个所述锚固头的结构均相同，三个所述锚固头均包括与所述连接座连接的支撑杆和安装在支撑杆上的锚固板，所述支撑杆与所述连接座连接的一端伸入套筒内，所述支撑杆伸入套筒内的一端位于所述活塞和所述压缩弹簧复位机构之间。
[0015]
上述的一种土体分层沉降监测装置，其特征在于：所述连接座包括两个平行布设的耳板，两个耳板之间设置有供支撑杆一端安装的间隙，相邻两个所述连接座之间设置有弧形连接板；
[0016]
所述支撑座包括第一套环部和与第一套环部一体成型的第二套环部，所述第一套环部和第二套环部的内径相同，所述第二套环部的外径小于第一套环部的外径，多个所述弧形连接板围设的内径大于第一套环部的内径，多个所述弧形连接板围设的外径小于第一套环部的外径。
[0017]
上述的一种土体分层沉降监测装置，其特征在于：所述支撑杆包括一体成型的第一支撑部、第二支撑部和第三支撑部，所述第一支撑部和第二支撑部之间的夹角为钝角，所述第一支撑部远离第二支撑部的端部为弧形，所述第三支撑部远离第二支撑部的端部设置有两个对称布设的连接耳板，所述第一支撑部和第二支撑部的宽度小于第三支撑部的宽度，两个所述连接耳板和锚固板连接。
[0018]
上述的一种土体分层沉降监测装置，其特征在于：所述压缩弹簧复位机构包括设置在所述套筒内的芯轴和套设在芯轴上的压缩弹簧，所述芯轴包括第一轴段和与第一轴段一体成型的第二轴段，所述第二轴段的长度大于第一轴段的长度，所述第一轴段的外径大于第二轴段的外径，所述第一轴段的外侧壁和套筒的内侧壁贴合，所述压缩弹簧套装在第二轴段上，所述顶盖内设置有供芯轴伸入的凹槽，所述凹槽的底部和芯轴伸入凹槽的端部之间设置有间隙，所述压缩弹簧的一端抵在所述第一轴段上，所述压缩弹簧的另一端抵在顶盖上。
[0019]
同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理且实现方便、检测准确性高、使用效果好的土体分层沉降监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0020]
步骤一、埋设孔钻探：
[0021]
步骤101、采用干钻法对待监测的土体进行钻孔，形成埋设孔；其中，埋设孔的孔径比沉降监测机构的最大扩开直径d小10mm～20mm；
[0022]
步骤102、沿埋设孔内侧壁由下至上依次布设n个沉降监测点；其中，n为正整数，且n≥3，相邻两个沉降监测点的竖向间距不小于1m，第1个沉降监测点位于稳定地层中，第n个沉降监测点距离埋设孔顶端的间距为1m～2m；
[0023]
步骤二、地面上沉降监测机构的临时组装：
[0024]
步骤201、在底盖上安装液压管接头，并在液压管接头上安装第一连接接头，得到第1个锚固机构；其中，液压管接头为l形接头，液压管接头内设置有l形进油通道，底盖上未设置下螺纹接头；
[0025]
步骤202、在底盖上安装液压管接头，并在液压管接头的一端连接第一连接接头，在液压管接头的另一端连接第二连接接头，得到第2个锚固机构至第n个锚固机构；其中，液压管接头为t形接头，液压管接头内设置有t形进油通道，底盖上设置下螺纹接头；
[0026]
步骤203、在第1个锚固机构上的吊环至第n个锚固机构上的吊环中穿设钢丝绳，并将钢丝绳与吊环通过绳卡固定连接；
[0027]
步骤204、在第1个锚固机构中液压管接头和第2个锚固机构中液压管接头的下端之间安装第一个液压管；
[0028]
步骤205、在第i个锚固机构中液压管接头的上端和第i+1个锚固机构中液压管接头的下端之间安装第i个液压管；其中，i为正整数，且1≤i＜n-1；
[0029]
步骤206、多次重复步骤205，直至完成在第n-1个锚固机构中液压管接头的上端和第n个锚固机构中液压管接头的下端之间安装第n-1个液压管；其中，第1个液压管，...，第i个液压管，...，第n-1个液压管依次连通；
[0030]
步骤207、在第n个锚固机构中液压管接头的上端安装液压连接管，且液压连接管和液压泵连接；
[0031]
步骤208、操作液压泵工作，液压泵提供的液压油经过液压连接管，液压连接管输出的液压油分别通过第i液压管进入第i个锚固机构中；
[0032]
步骤209、第1个锚固机构至第n个锚固机构中活塞推动支撑杆伸入套筒内的一端靠近所述压缩弹簧复位机构移动，支撑杆的另一端靠近套筒移动，支撑杆带动三个所述锚固头收缩；
[0033]
步骤20a、采用起吊机吊装钢丝绳，且确保第1个锚固机构和第i个锚固机构的竖向中心线与埋设孔的竖向中心线重合；其中，相邻两个锚固机构之间的钢丝绳的长度大于相邻两个沉降监测点的竖向间距；
[0034]
步骤三、沉降监测机构的下吊及位移传感器的安装：
[0035]
步骤301、第一个沉降监测机构的下吊及第1个位移传感器的安装，具体过程如下：
[0036]
步骤3011、在第1个锚固机构中顶盖上的上螺纹安装槽内安装第一位移传递杆，在第1个锚固机构中顶盖上的上螺纹接头安装下伸缩波纹管；其中，第一位移传递杆和下伸缩波纹管同轴布设，且第一位移传递杆位位于下伸缩波纹管内部；
[0037]
步骤3012、在第一位移传递杆的顶部安装第一全螺纹丝杆；
[0038]
步骤3013、在第2个锚固机构中底盖上的下螺纹安装槽内安装第一位移传感器，并在第2个锚固机构中底盖上的下螺纹接头上安装上伸缩波纹管；其中，第一位移传感器位于上伸缩波纹管内部，且第一位移传感器和上伸缩波纹管同轴布设；
[0039]
步骤3014、第一位移传感器上的外套管的上端与上伸缩波纹管连接，第一位移传感器上的外套管的下端和下伸缩波纹管连接；
[0040]
步骤3015、调节第一个位移传感器处于最大拉伸量程时，第一全螺纹丝杆螺旋接入第一个位移传感器底部的接头，并调节第一全螺纹丝杆螺旋接入第一个位移传感器底部的接头的长度，以使第1个锚固机构的中心点和第2个锚固机构的中心点之间的竖向间距满足第1个沉降监测点和第2个沉降监测点之间的竖向间距；
[0041]
步骤3016、采用起吊机下吊钢丝绳，钢丝绳下吊带动第1个锚固机构和第2个锚固机构沿埋设孔下放，直至第2个锚固机构的顶部和埋设孔顶部相齐平；
[0042]
步骤302、多次重复步骤301，直至完成第i个沉降监测机构的下吊及第i个位移传感器的安装，具体过程如下：
[0043]
步骤3021、在第i个锚固机构中顶盖上的上螺纹安装槽内安装第i个位移传递杆，在第i个锚固机构中顶盖上的上螺纹接头安装下伸缩波纹管；其中，第i个位移传递杆和下伸缩波纹管同轴布设，且第i个位移传递杆位于下伸缩波纹管内部；
[0044]
步骤3022、第i个位移传递杆的顶部安装第i个全螺纹丝杆；
[0045]
步骤3023、在第i+1个锚固机构中底盖上的下螺纹安装槽内安装第i个位移传感器，并在第i+1个锚固机构中底盖上的下螺纹接头上安装上伸缩波纹管；其中，第i个位移传感器位于上伸缩波纹管内部，且第i个位移传感器和上伸缩波纹管同轴布设；
[0046]
步骤3024、将第i个位移传感器上的外套管的上端与上伸缩波纹管连接，第i个位移传感器上的外套管的下端和下伸缩波纹管连接；
[0047]
步骤3025、将第i个全螺纹丝杆和第i个位移传感器的底部连接；其中，第i个位移传感器处于最大拉伸量程，第i个锚固机构的中心点和第i+1个锚固机构的中心点之间的竖向间距满足第i个沉降监测点和第i+1个沉降监测点之间的竖向间距；
[0048]
步骤3026、采用起吊机下吊钢丝绳，钢丝绳下吊带动第i个锚固机构和第i+1个锚固机构沿埋设孔下放，直至第i+1个锚固机构的顶部和埋设孔顶部相齐平；
[0049]
步骤303、多次重复步骤302，完成第n-1个位移传感器的安装，直至第n个沉降监测机构的下吊和埋设孔顶部相齐平，并在第n个锚固机构中顶盖上的上螺纹安装槽内安装第n个位移传递杆；
[0050]
步骤四、沉降监测机构的继续下吊及锚固机构的锚固：
[0051]
步骤401、采用起吊机下吊钢丝绳，钢丝绳下吊带动各个锚固机构沿埋设孔下放，直至n个沉降监测机构沿高度方向的中心位置分别与n个沉降监测点位于同一高度；
[0052]
步骤402、操作液压泵停止工作，第i个液压管中液压油卸除，n个锚固结构中的压缩弹簧伸长推动支撑杆的另一端和活塞反向移动，支撑杆的另一端远离套筒移动，支撑杆带动三个所述锚固头扩开，则各个所述锚固结构均锚固在n个沉降监测点处；
[0053]
步骤五、埋设孔的回填：
[0054]
采用细砂和膨润土对埋设孔进行回填处理；
[0055]
步骤六、分层沉降监测数据的获取：
[0056]
步骤601、计算机将第i个沉降监测点和第i+1个沉降监测点之间的土层记作第i个土层；其中，i为正整数，且1≤i＜n；
[0057]
步骤602、对n-1个位移传感器所测试的位移数据进行采集，得到n-1个土层的相对沉降量。
[0058]
上述的方法，其特征在于：步骤602中对n-1个位移传感器所测试的位移数据进行采集，得到n-1个土层的相对沉降量，具体过程如下：
[0059]
步骤6021、在埋设孔顶部布设监测箱，并在监测箱内布设数据采集器和与数据采集器连接的无线通信模块；
[0060]
步骤6022、将n-1个位移传感器通过rs485总线与数据采集器连接；
[0061]
步骤6023、数据采集器按照预先设定的测量时间对n-1个位移传感器所测试的位移数据进行采集，获取各个测量时间n-1个位移传感器所测试的位移数据，并将第j个测量时间第i位移传感器所测试的位移数据记作第j个测量时间第i个土层的相对沉降量δs
i
(j)。
[0062]
步骤602之后进行如下步骤：
[0063]
步骤603、数据采集器将第i个土层的相对沉降量δs
i
(j)通过无线通信模块发送至计算机，计算机根据公式得到第j个测量时间第i个土层相对稳定地层的绝对沉降量s
i
(j)；其中，i
′
为正整数，且1≤i
′
≤i；
[0064]
步骤604、将j个测量时间获取的第i个土层相对稳定地层的绝对沉降量分别记作s
i
(1)，...，s
i
(j)，...，s
i
(j)，以测量时间为横坐标，以第i个土层相对稳定地层的绝对沉降量为纵坐标，绘制并拟合得到第i个土层的沉降变化曲线，并获取第i个土层的沉降变化速率；其中，所述测量时间为10天～30天；其中，j为正整数，且1≤j≤j；
[0065]
步骤605、多次重复步骤603和步骤604，得到n个土层的沉降变化速率，并获取最大沉降变化速率所对应的土层。
[0066]
上述的方法，其特征在于：步骤五中采用细砂和膨润土对埋设孔进行回填处理，具体过程如下：
[0067]
步骤501、采用细砂自埋设孔顶部倒入埋设孔内，对埋设孔进行回填处理，形成第一回填层；其中，第一回填层的顶部和埋设孔顶部之间的间距为1m～2m；
[0068]
步骤502、采用膨润土自埋设孔顶部倒入埋设孔内，对埋设孔进行回填处理，形成第二回填层，直至第二回填层的顶部与埋设孔顶部相齐平；
[0069]
步骤3011中下伸缩波纹管的下端设置有第一波纹管接口，所述第一波纹管接口和上螺纹接头连接，下伸缩波纹管的上端设置有第二波纹管接口，第二波纹管接口和位移传感器上的外套管的下端连接，上伸缩波纹管的下端设置有第三波纹管接口，上伸缩波纹管的上端设置有第四波纹管接口，所述第三波纹管接口和位移传感器上的外套管的上端连接，第四波纹管接口与下螺纹接头螺纹连接。
[0070]
本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0071]
1、所采用的土体分层沉降监测装置结构简单、设计合理且安装布设简便，投入成本较低，可对土体同一垂直线上不同深度的沉降变形进行实时监测，避免了监测装置在安
装和测试过程中面临的施工困难、耗时耗力、数据处理复杂等缺点。
[0072]
2、本发明所采用的沉降监测机构包括两个锚固机构和安装在两个所述锚固机构之间的位移传感器，通过设置锚固机构，是为了锚固机构与土体紧密接触，锚固牢靠，可保证锚固机构与埋设孔壁土体同步变形，提高了监测可靠性和准确性。
[0073]
3、本发明所采用的沉降监测机构包括安装在两个所述锚固机构之间的位移传感器，通过位移传感器实现各个土层的相对沉降量和各个土层的相对稳定地层的绝对沉降量的获取，数据检测便捷。
[0074]
4、本发明所采用的锚固部件，一方面，是为了有效地锚固在土体不同深度处内，与埋设孔内侧壁的土体紧密接触并产生协调变形，实现和土体层的同步沉降，提高了沉降的准确性；另一方面，锚固部件收缩和扩开，是为了有效地适应埋设孔，安装简便，且提高了适应范围。
[0075]
5、本发明所采用的活塞和压缩弹簧复位机构，是为了通过活塞推动支撑杆伸入套筒内的一端靠近压缩弹簧复位机构移动，支撑杆的另一端靠近套筒移动，支撑杆带动三个所述锚固头收缩，以使锚固机构收缩，便于沉降监测机构的下放；液压管部件提供的液压油卸除，压缩弹簧伸长推动支撑杆的另一端和活塞反向移动，支撑杆的另一端远离套筒移动，支撑杆带动三个所述锚固头扩开，则各个所述锚固结构均锚固在沉降监测点处。
[0076]
6、本发明所采用的锚固机构中设置活塞和底盖，底盖上设置有为活塞提供液压油的液压管部件，液压管部件提供的液压油从而推动活塞移动，活塞位于套筒内，底盖位于套筒底部，从而缩小了锚固机构的直径，提高了适应范围。
[0077]
7、本发明所采用的锚固机构中设置顶盖，是为了便于与位移传递杆的连接；设置底盖，另外是为了便于位移传感器的安装，从而将位移传感器和位移传递杆连接在两个锚固机构之间，安装拆卸便捷。
[0078]
8、本发明沿埋设孔高度方向布设多个沉降监测机构，通过多个沉降监测机构的串联式组合结构，满足深厚土层分层沉降的多测点、大量程、高精度测量。
[0079]
9、本发明在位移传递杆和位移传感器外套下伸缩波纹管和上伸缩波纹管，减少了埋设孔内周围土体对位移传递杆和位移传感器的影响，改善了位移传递杆和位移传感器的工作状态，使得测试数据更加可靠和准确。
[0080]
10、本发明的土体分层沉降监测方法步骤简单，设计合理，首先是埋设孔钻探，接着是地面上沉降监测机构的临时组装，之后是沉降监测机构的下吊及位移传感器的安装，沉降监测机构的继续下吊及锚固机构的锚固，之后采用细砂和膨润土对埋设孔进行回填处理，最后是分层沉降监测数据的获取。
[0081]
综上所述，本发明设计合理且成本低，省时，省力，安装方便，实现土体不同深度的沉降变形监测，监测精度高，且自动化程度高。
[0082]
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0083]
图1为本发明土体分层沉降监测装置的结构示意图。
[0084]
图2为本发明土体分层沉降监测装置锚固机构的结构示意图。
[0085]
图3为本发明土体分层沉降监测装置锚固机构和埋设孔的位置示意图。
[0086]
图4为本发明土体分层沉降监测装置支撑座的结构示意图。
[0087]
图5为图4的左视图。
[0088]
图6为本发明土体分层沉降监测装置支撑杆的结构示意图。
[0089]
图7为图6的俯视图。
[0090]
图8为本发明土体分层沉降监测装置的电路原理框图。
[0091]
图9为本发明土体分层沉降监测方法的流程框图。
[0092]
附图标记说明:
[0093]
1—锚固板；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1-1—齿状凸起；
[0094]
2—支撑杆；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2-1—第一支撑部；
ꢀꢀꢀꢀ
2-2—第二支撑部；
[0095]
2-3—第三支撑部；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2-4—连接耳板；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2-5—第二安装孔；
[0096]
2-6—第三安装孔；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2-7—倾斜面；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
3—支撑座；
[0097]
3-1—第一连接座；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
3-1-1—耳板；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
3-1-2—第一安装孔；
[0098]
3-2—第二连接座；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
3-3—第三连接座；
ꢀꢀꢀꢀ
3-4—第二套环部；
[0099]
3-5—弧形连接板；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
3-6—限位槽；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
3-7—第一套环部；
[0100]
4—套筒；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
4-1—第一筒体；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
4-2—第二筒体；
[0101]
4-2-1—矩形孔；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
5—顶盖；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
5-1—上螺纹接头；
[0102]
5-2—凹槽；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
5-3—上螺纹安装槽；
ꢀꢀ
6—底盖；
[0103]
6-1—下螺纹接头；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
6-2—安装腔；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
6-3—下螺纹安装槽；
[0104]
7—活塞；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
7-1—圆柱形凹槽；
ꢀꢀꢀꢀ
8—第一密封圈；
[0105]
9—芯轴；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
9-1—第一轴段；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
9-2—第二轴段；
[0106]
10—密封盖；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
10-1—贯通孔；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
11—压缩弹簧；
[0107]
12—液压管接头；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
12-1—第一连接接头； 12-2—第二连接接头；
[0108]
12-3—t形进油通道；
ꢀꢀꢀꢀꢀ
13—液压管；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
14—液压泵；
[0109]
14-1—液压连接管；
ꢀꢀꢀꢀꢀ
16—位移传递杆；
ꢀꢀꢀꢀꢀ
16-1—第一位移传递杆；
[0110]
17-1—第一全螺纹丝杆； 18—位移传感器；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
18-1—第一位移传感器；
[0111]
19—埋设孔；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
20—稳定地层；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
21—监测箱；
[0112]
22—吊环；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
22-1—第一波纹管接口； 22-2—第二波纹管接口；
[0113]
22-3—第三波纹管接口； 22-4—第四波纹管接口； 23-1—下伸缩波纹管；
[0114]
23-2—上伸缩波纹管；
ꢀꢀꢀ
25—钢丝绳；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
30—数据采集器；
[0115]
31—无线通信模块；
ꢀꢀꢀꢀꢀ
32—计算机。
具体实施方式
[0116]
如图1至图7所示的一种土体分层沉降监测装置，包括多个沿埋设孔19高度方向布设的沉降监测机构，多个所述沉降监测机构的结构相同，相邻两个所述沉降监测机构可拆卸连接；
[0117]
所述沉降监测机构包括两个锚固机构、以及安装在两个所述锚固机构之间的位移传感器18和安装在位移传感器18底部的位移传递杆16，所述埋设孔19中位于最底部的沉降监测机构记作底部沉降监测机构，所述底部沉降监测机构中底端的锚固机构位于稳定地层中；
[0118]
所述锚固机构包括套筒4、设置在套筒4内的活塞7和设置在所述套筒4内且推动活塞7复位的压缩弹簧复位机构，以及安装在套筒4上的锚固部件，所述锚固部件伸入套筒4内的端部位于所述活塞7和所述压缩弹簧复位机构之间；
[0119]
所述套筒4的下端设置有密封盖10和底盖6，所述密封盖10位于底盖6内，所述底盖6与所述套筒4的下端可拆卸连接，所述套筒4的上端设置有顶盖5，所述顶盖5和套筒4的上端可拆卸连接，所述底盖6上设置有为活塞7提供液压油的液压管部件，所述埋设孔19顶部外设置有液压泵14，所述液压泵14与所述液压管部件连接。
[0120]
本实施例中，所述底盖6中设置有安装腔6-2，所述密封盖10中心位置设置有贯通孔10-1，所述液压管部件包括伸入安装腔6-2内的液压管接头12、与液压管接头12一端连接的第一连接接头12-1和与液压管接头12另一端连接的第二连接接头12-2，所述第一连接接头12-1和第二连接接头12-2上安装有液压管13，所述液压管接头12为t形接头，所述液压管接头12内设置有t形进油通道12-3，所述第一连接接头12-1内设置有第一进油通道，所述第二连接接头12-2内设置有第二进油通道，所述第一进油通道、所述t形进油通道12-3、所述第二进油通道依次连通，所述t形进油通道12-3、所述安装腔6-2和所述贯通孔10-1依次连通。
[0121]
本实施例中，所述活塞7外侧壁与套筒4的内侧壁之间设置有多个第一密封圈8，所述密封盖10的外侧壁与套筒4的内侧壁之间设置有第二密封圈；
[0122]
所述底盖6远离套筒4的底部设置有下螺纹接头6-1，所述顶盖5远离套筒4的顶部设置有上螺纹接头5-1；
[0123]
所述套筒4外侧壁上设置有吊环22。
[0124]
本实施例中，所述锚固部件包括套设在套筒4上的支撑座3和三个沿支撑座3圆周方向均布的锚固头，所述支撑座3和套筒4可拆卸连接，所述支撑座3包括套环部和三个沿所述套环部圆周方向均布的连接座；
[0125]
三个所述锚固头的结构均相同，三个所述锚固头均包括与所述连接座连接的支撑杆2和安装在支撑杆2上的锚固板1，所述支撑杆2与所述连接座连接的一端伸入套筒4内，所述支撑杆2伸入套筒4内的一端位于所述活塞7和所述压缩弹簧复位机构之间。
[0126]
如图4和图5所示，本实施例中，所述连接座包括两个平行布设的耳板3-1-1，两个耳板3-1-1之间设置有供支撑杆2一端安装的间隙，相邻两个所述连接座之间设置有弧形连接板3-5；
[0127]
所述支撑座3包括第一套环部3-7和与第一套环部3-7一体成型的第二套环部3-4，所述第一套环部3-7和第二套环部3-4的内径相同，所述第二套环部3-4的外径小于第一套环部3-7的外径，多个所述弧形连接板3-5围设的内径大于第一套环部3-7的内径，多个所述弧形连接板3-5围设的外径小于第一套环部3-7的外径。
[0128]
如图6和图7所示，本实施例中，所述支撑杆2包括一体成型的第一支撑部2-1、第二支撑部2-2和第三支撑部2-3，所述第一支撑部2-1和第二支撑部2-2之间的夹角为钝角，所述第一支撑部2-1远离第二支撑部2-2的端部为弧形，所述第三支撑部2-3远离第二支撑部2-2的端部设置有两个对称布设的连接耳板2-4，所述第一支撑部2-1和第二支撑部2-2的宽度小于第三支撑部2-3的宽度，两个所述连接耳板2-4和锚固板1连接。
[0129]
本实施例中，所述压缩弹簧复位机构包括设置在所述套筒4内的芯轴9和套设在芯
轴9上的压缩弹簧11，所述芯轴9包括第一轴段9-1和与第一轴段9-1一体成型的第二轴段9-2，所述第二轴段9-2的长度大于第一轴段9-1的长度，所述第一轴段9-1的外径大于第二轴段9-2的外径，所述第一轴段9-1的外侧壁和套筒4的内侧壁贴合，所述压缩弹簧11套装在第二轴段9-2上，所述顶盖5内设置有供芯轴9伸入的凹槽5-2，所述凹槽5-2的底部和芯轴9伸入凹槽5-2的端部之间设置有间隙，所述压缩弹簧11的一端抵在所述第一轴段9-1上，所述压缩弹簧11的另一端抵在顶盖5上。
[0130]
本实施例中，所述第三支撑部2-3靠近所述耳板2-4的侧面为倾斜面2-1，是为了方便锚固板1的收缩或者扩开。
[0131]
本实施例中，三个所述锚固头分别为第一锚固头、第二锚固头和第三锚固头，三个安装座分别为供所述第一锚固头安装的第一连接座3-1、供所述第二锚固头安装的第二连接座3-2和供所述第三锚固头安装的第三连接座3-3，所述第一连接座3-1、第二连接座3-2和第三连接座3-3包括两个平行布设的耳板3-1-1，两个耳板3-1-1之间设置有间隙。
[0132]
本实施例中，所述支撑杆2伸入套筒4内的一端位于所述活塞7和所述第一轴段9-1之间。
[0133]
本实施例中，所述第一支撑部2-1通过套筒4伸入套筒4内，所述第二支撑部2-2与两个所述耳板3-1-1连接，两个所述耳板3-1-1中设置有第一安装孔3-1-2，所述第二支撑部2-2上设置有第二安装孔2-5，所述第二安装孔2-5和第一安装孔3-1-2中穿设有第一铰接件；
[0134]
两个所述连接耳板2-4上设置有第三安装孔2-6，所述锚固板1上设置有第四安装孔1-2，所述第三安装孔2-6和第四安装孔1-2中穿设有第二铰接件。
[0135]
本实施例中，所述锚固板1的外侧面设置有多个齿状凸起1-1。
[0136]
本实施例中，实际使用时，所述锚固板1为与埋设孔19内侧壁相适应的弧形刚板。
[0137]
本实施例中，实际使用时，所述第一套环部3-7和第二套环部3-4为带内螺纹圆筒体。
[0138]
本实施例中，实际使用时，所述第一套环部3-7上设置有对第一支撑部2-1的端部进行限位的限位槽3-6，所述限位槽3-6的槽底倾斜布设。
[0139]
本实施例中，实际使用时，所述支撑座3的内侧壁和套筒4的外侧壁螺纹连接。
[0140]
本实施例中，实际使用时，所述套筒4为刚性圆筒体，所述套筒4包括第一筒体4-1和与第一筒体4-1螺纹连接的第二筒体4-2，所述第一筒体4-1和第二筒体4-2的内径相同，所述第一筒体4-1的外径小于第二筒体4-2的外径，所述支撑座3安装在第二筒体4-2靠近第一筒体4-1的一端，所述第二筒体4-2上圆周方向均布有三个矩形孔4-2-1，所述第一支撑部2-1穿过矩形孔4-2-1伸入套筒4内。
[0141]
本实施例中，实际使用时，所述下螺纹接头6-1的内部设置有供位移传感器18安装的下螺纹安装槽6-3。
[0142]
本实施例中，实际使用时，所述顶盖5靠近套筒4的端部设置有与套筒4中第二筒体4-2配合的内螺纹，所述上螺纹接头5-1的内部设置有供位移传递杆16安装的上螺纹安装槽5-3。
[0143]
本实施例中，实际使用时，底盖6靠近套筒4的端部设置有与套筒4中第一筒体4-1配合的内螺纹，所述底盖6的侧面设置有供液压管接头12安装的内螺纹孔。
[0144]
本实施例中，实际使用时，所述活塞7为实心柱体，所述活塞7靠近底盖6的外侧壁上设置有两道环形凹槽，所述第一密封圈8安装在所述环形凹槽中，所述活塞7靠近底盖6的端部设置有圆柱形凹槽7-1，便于存储液压油。
[0145]
本实施例中，实际使用时，所述第一密封圈8和第二密封圈均为o形密封圈。
[0146]
本实施例中，实际使用时，所述芯轴为t形实心柱体，第一轴段9-1略小于所述套筒4内径，第二轴段9-2略小于压缩弹簧11的内径。
[0147]
本实施例中，实际使用时，所述压缩弹簧11为方形截面等节距压缩弹簧。当液压油的油压施加在活塞7靠近压缩弹簧11运动时，压缩弹簧11储存形变能，当卸除油压后，压缩弹簧11推动活塞7沿套筒4反向运动。
[0148]
本实施例中，实际使用时，位于稳定地层中的锚固机构中的所述液压管接头12为l形接头，所述液压管接头12上仅设置第一连接接头12-1。
[0149]
本实施例中，实际使用时，液压管13为高压软管，所述高压软管为三层结构，内层和外层为树脂材料，中层为网状化学纤维线。
[0150]
本实施例中，实际使用时，所述液压泵14采用手动液压泵，液压泵上带有测压表。
[0151]
本实施例中，实际使用时，所述液压泵14进一步可采用syb-2a手动泵。
[0152]
本实施例中，实际使用时，所述位移传递杆16为玻璃纤维杆或者金属管，位移传递杆16的两端带有外螺纹。
[0153]
本实施例中，实际使用时，位移传递杆16还可以采用带有内螺纹的接头进行连接接长。
[0154]
本实施例中，实际使用时，进一步的，所述位移传递杆16为玻璃纤维杆具有刚度高、质量轻、线膨胀系数低等特点。
[0155]
本实施例中，实际使用时，进一步的，所述下伸缩波纹管23-1和上伸缩波纹管23-2均为金属伸缩波纹管，沿纵向能自由伸缩，套在位移传递杆和位移传感器18外部，可减少周围土体对位移传递杆和位移传感器18的影响。
[0156]
本实施例中，实际使用时，位移传感器18为电感调频式位移传感器，且采用申请日为2015年10月10日，申请号为201510655013.7的中国专利公开的一种填土分层沉降监测装置及方法中的位移传感器。
[0157]
如图8和图9所示的一种土体分层沉降监测方法，包括以下步骤：
[0158]
步骤一、埋设孔钻探：
[0159]
步骤101、采用干钻法对待监测的土体进行钻孔，形成埋设孔19；其中，埋设孔19的孔径比沉降监测机构的最大扩开直径d小10mm～20mm；
[0160]
步骤102、沿埋设孔19内侧壁由下至上依次布设n个沉降监测点；其中，n为正整数，且n≥3，相邻两个沉降监测点的竖向间距不小于1m，第1个沉降监测点位于稳定地层20中，第n个沉降监测点距离埋设孔19顶端的间距为1m～2m；
[0161]
步骤二、地面上沉降监测机构的临时组装：
[0162]
步骤201、在底盖6上安装液压管接头12，并在液压管接头12上安装第一连接接头12-1，得到第1个锚固机构；其中，液压管接头12为l形接头，液压管接头12内设置有l形进油通道，底盖6上未设置下螺纹接头6-1；
[0163]
步骤202、在底盖6上安装液压管接头12，并在液压管接头12的一端连接第一连接
接头12-1，在液压管接头12的另一端连接第二连接接头12-2，得到第2个锚固机构至第n个锚固机构；其中，液压管接头12为t形接头，液压管接头12内设置有t形进油通道，底盖6上设置下螺纹接头6-1；
[0164]
步骤203、在第1个锚固机构上的吊环22至第n个锚固机构上的吊环22中穿设钢丝绳25，并将钢丝绳25与吊环22通过绳卡固定连接；
[0165]
步骤204、在第1个锚固机构中液压管接头12和第2个锚固机构中液压管接头12的下端之间安装第一个液压管；
[0166]
步骤205、在第i个锚固机构中液压管接头12的上端和第i+1个锚固机构中液压管接头12的下端之间安装第i个液压管；其中，i为正整数，且1≤i＜n-1；
[0167]
步骤206、多次重复步骤205，直至完成在第n-1个锚固机构中液压管接头12的上端和第n个锚固机构中液压管接头12的下端之间安装第n-1个液压管；其中，第1个液压管，...，第i个液压管，...，第n-1个液压管依次连通；
[0168]
步骤207、在第n个锚固机构中液压管接头12的上端安装液压连接管14-1，且液压连接管14-1和液压泵14连接；
[0169]
步骤208、操作液压泵14工作，液压泵14提供的液压油经过液压连接管14-1，液压连接管14-1输出的液压油分别通过第i液压管进入第i个锚固机构中；
[0170]
步骤209、第1个锚固机构至第n个锚固机构中活塞7推动支撑杆2伸入套筒4内的一端靠近所述压缩弹簧复位机构移动，支撑杆2的另一端靠近套筒4移动，支撑杆2带动三个所述锚固头收缩；
[0171]
步骤20a、采用起吊机吊装钢丝绳25，且确保第1个锚固机构和第i个锚固机构的竖向中心线与埋设孔19的竖向中心线重合；其中，相邻两个锚固机构之间的钢丝绳的长度大于相邻两个沉降监测点的竖向间距；
[0172]
步骤三、沉降监测机构的下吊及位移传感器的安装：
[0173]
步骤301、第一个沉降监测机构的下吊及第1个位移传感器的安装，具体过程如下：
[0174]
步骤3011、在第1个锚固机构中顶盖5上的上螺纹安装槽5-3内安装第一位移传递杆16-1，在第1个锚固机构中顶盖5上的上螺纹接头5-1安装下伸缩波纹管23-1；其中，第一位移传递杆16-1和下伸缩波纹管23-1同轴布设，且第一位移传递杆位16-1位于下伸缩波纹管23-1内部；
[0175]
步骤3012、在第一位移传递杆16-1的顶部安装第一全螺纹丝杆17-1；
[0176]
步骤3013、在第2个锚固机构中底盖6上的下螺纹安装槽6-3内安装第一位移传感器18-1，并在第2个锚固机构中底盖6上的下螺纹接头6-1上安装上伸缩波纹管23-2；其中，第一位移传感器18-1位于上伸缩波纹管23-2内部，且第一位移传感器18-1和上伸缩波纹管23-2同轴布设；
[0177]
步骤3014、第一位移传感器18-1上的外套管的上端与上伸缩波纹管23-2连接，第一位移传感器18-1上的外套管的下端和下伸缩波纹管23-1连接；
[0178]
步骤3015、调节第一个位移传感器18-1处于最大拉伸量程时，第一全螺纹丝杆17-1螺旋接入第一个位移传感器18-1底部的接头，并调节第一全螺纹丝杆17-1螺旋接入第一个位移传感器18-1底部的接头的长度，以使第1个锚固机构的中心点和第2个锚固机构的中心点之间的竖向间距满足第1个沉降监测点和第2个沉降监测点之间的竖向间距；
[0179]
步骤3016、采用起吊机下吊钢丝绳25，钢丝绳25下吊带动第1个锚固机构和第2个锚固机构沿埋设孔19下放，直至第2个锚固机构的顶部和埋设孔19顶部相齐平；
[0180]
步骤302、多次重复步骤301，直至完成第i个沉降监测机构的下吊及第i个位移传感器的安装，具体过程如下：
[0181]
步骤3021、在第i个锚固机构中顶盖5上的上螺纹安装槽5-3内安装第i个位移传递杆，在第i个锚固机构中顶盖5上的上螺纹接头5-1安装下伸缩波纹管；其中，第i个位移传递杆和下伸缩波纹管同轴布设，且第i个位移传递杆位于下伸缩波纹管内部；
[0182]
步骤3022、第i个位移传递杆的顶部安装第i个全螺纹丝杆；
[0183]
步骤3023、在第i+1个锚固机构中底盖6上的下螺纹安装槽6-3内安装第i个位移传感器，并在第i+1个锚固机构中底盖6上的下螺纹接头6-1上安装上伸缩波纹管；其中，第i个位移传感器位于上伸缩波纹管内部，且第i个位移传感器和上伸缩波纹管同轴布设；
[0184]
步骤3024、将第i个位移传感器上的外套管的上端与上伸缩波纹管连接，第i个位移传感器上的外套管的下端和下伸缩波纹管连接；
[0185]
步骤3025、将第i个全螺纹丝杆和第i个位移传感器的底部连接；其中，第i个位移传感器18-1处于最大拉伸量程，第i个锚固机构的中心点和第i+1个锚固机构的中心点之间的竖向间距满足第i个沉降监测点和第i+1个沉降监测点之间的竖向间距；
[0186]
步骤3026、采用起吊机下吊钢丝绳25，钢丝绳25下吊带动第i个锚固机构和第i+1个锚固机构沿埋设孔19下放，直至第i+1个锚固机构的顶部和埋设孔19顶部相齐平；
[0187]
步骤303、多次重复步骤302，完成第n-1个位移传感器的安装，直至第n个沉降监测机构的下吊和埋设孔19顶部相齐平，并在第n个锚固机构中顶盖5上的上螺纹安装槽5-3内安装第n个位移传递杆；
[0188]
步骤四、沉降监测机构的继续下吊及锚固机构的锚固：
[0189]
步骤401、采用起吊机下吊钢丝绳25，钢丝绳25下吊带动各个锚固机构沿埋设孔19下放，直至n个沉降监测机构沿高度方向的中心位置分别与n个沉降监测点位于同一高度；
[0190]
步骤402、操作液压泵14停止工作，第i个液压管中液压油卸除，n个锚固结构中的压缩弹簧11伸长推动支撑杆2的另一端和活塞7反向移动，支撑杆2的另一端远离套筒4移动，支撑杆2带动三个所述锚固头扩开，则各个所述锚固结构均锚固在n个沉降监测点处；
[0191]
步骤五、埋设孔的回填：
[0192]
采用细砂和膨润土对埋设孔19进行回填处理；
[0193]
步骤六、分层沉降监测数据的获取：
[0194]
步骤601、计算机32将第i个沉降监测点和第i+1个沉降监测点之间的土层记作第i个土层；其中，i为正整数，且1≤i＜n；
[0195]
步骤602、对n-1个位移传感器所测试的位移数据进行采集，得到n-1个土层的相对沉降量。
[0196]
本实施例中，步骤602中对n-1个位移传感器所测试的位移数据进行采集，得到n-1个土层的相对沉降量，具体过程如下：
[0197]
步骤6021、在埋设孔19顶部布设监测箱21，并在监测箱21内布设数据采集器30和与数据采集器30连接的无线通信模块31；
[0198]
步骤6022、将n-1个位移传感器通过rs485总线与数据采集器30连接；
[0199]
步骤6023、数据采集器30按照预先设定的测量时间对n-1个位移传感器所测试的位移数据进行采集，获取各个测量时间n-1个位移传感器所测试的位移数据，并将第j个测量时间第i位移传感器所测试的位移数据记作第j个测量时间第i个土层的相对沉降量δs
i
(j)。
[0200]
步骤602之后进行如下步骤：
[0201]
步骤603、数据采集器30将第i个土层的相对沉降量δs
i
(j)通过无线通信模块31发送至计算机32，计算机32根据公式得到第j个测量时间第i个土层相对稳定地层20的绝对沉降量s
i
(j)；其中，i
′
为正整数，且1≤i
′
≤i；
[0202]
步骤604、将j个测量时间获取的第i个土层相对稳定地层20的绝对沉降量分别记作s
i
(1)，...，s
i
(j)，...，s
i
(j)，以测量时间为横坐标，以第i个土层相对稳定地层20的绝对沉降量为纵坐标，绘制并拟合得到第i个土层的沉降变化曲线，并获取第i个土层的沉降变化速率；其中，所述测量时间为10天～30天；其中，j为正整数，且1≤j≤j，s
i
(1)表示第1个测量时间第i个土层相对稳定地层20的绝对沉降量，s
i
(j)表示第j个测量时间第i个土层相对稳定地层20的绝对沉降量；
[0203]
步骤605、多次重复步骤603和步骤604，得到n-1个土层的沉降变化速率，并获取最大沉降变化速率所对应的土层。
[0204]
本实施例中，步骤五中采用细砂和膨润土对埋设孔19进行回填处理，具体过程如下：
[0205]
步骤501、采用细砂自埋设孔19顶部倒入埋设孔19内，对埋设孔19进行回填处理，形成第一回填层；其中，第一回填层的顶部和埋设孔19顶部之间的间距为1m～2m；
[0206]
步骤502、采用膨润土自埋设孔19顶部倒入埋设孔19内，对埋设孔19进行回填处理，形成第二回填层，直至第二回填层的顶部与埋设孔19顶部相齐平；
[0207]
步骤3011中下伸缩波纹管23-1的下端设置有第一波纹管接口22-1，所述第一波纹管接口22-1和上螺纹接头5-1连接，下伸缩波纹管23-2的上端设置有第二波纹管接口22-2，第二波纹管接口22-2和位移传感器上的外套管的下端连接，上伸缩波纹管23-2的下端设置有第三波纹管接口22-3，上伸缩波纹管23-2的上端设置有第四波纹管接口22-4，所述第三波纹管接口22-3和位移传感器上的外套管的上端连接，第四波纹管接口22-4与下螺纹接头6-1螺纹连接。
[0208]
本实施例中，实际使用时，数据采集器30可采用单片机、dsp微控制器或者arm微控制器。
[0209]
本实施例中，实际使用时，无线通信模块31可采用以太网通信模块。
[0210]
本实施例中，细砂是指粒径大于0.075mm的颗粒，实际使用时，进一步采用干细砂，是为了便于填捣均匀。
[0211]
综上所述，本发明设计合理且成本低，省时，省力，安装方便，实现土体不同深度的沉降变形监测，监测精度高，且自动化程度高。
[0212]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。