试坑浸水试验中地表沉降变形测量装置及方法与流程

本发明属于岩土工程监测，尤其涉及到一种试坑浸水试验中地表沉降变形测量装置及方法。

背景技术：

1、我国西部地区分布大量的湿陷性黄土，具有大孔隙、结构性、湿陷性、水敏性等特点。工程建设前需要测定湿陷性黄土的湿陷量，以判定场地湿陷类型和地基湿陷等级。现场试坑浸水试验是测定自重湿陷量和湿陷变形最直接、最准确的方法，是测定黄土湿陷性的主要试验方法。黄土湿陷性的评价方法主要有两种：一是室内压缩试验，二是现场试坑浸水试验。当进行现场试坑浸水时，首先开挖方形或圆形试坑，坑底铺设砂砾石，在试坑底部和坑外布设浅标点，试坑内不同深度布设深标点，浸水时向试坑内注水，保持水头高度不小于300mm。目前，浅标点一般采取在监测点位置处设立地表沉降标杆，并在标杆上绑扎测量钢尺，然后采用人工光学水准测量方法来观测标杆的沉降变形量，该方法虽然原理简单，但是存在观测不连续、人工布测、受环境条件限制以及不能实现自动化实时监测等缺点。

2、静力水准仪法是观测沉降变形常用的监测方法之一，该方法一般是由两个或多个相互连通的静力水准仪组成的，各静力水准仪的贮液罐间用通液管连通，储液罐内注入液体，液体在管道中自由流动，当液体平衡或者静止时各个贮液罐中的液体表面将保持相同高度，当监测点处发生沉降时，将引起贮液罐中液面高度发生变化，采用液位传感器和浮筒测量贮液罐内液面变化，经计算可求得各点相对于基准点的沉降量。该方法的精度高、监测范围广、监测值可靠，可实现远程自动化观测，因此在现场试坑浸水试验的沉降变形自动化观测中具有较好的应用潜力。

3、在现场试坑浸水中，土层浸水后会产生较大的湿陷沉降变形，其特点是试坑中心区域大，由中心向坑外延伸逐步变小，差异沉降会使浅标点产生倾斜变形，进而引起的测量误差。因此，为了获得可靠的沉降变形数据应剔除浅标点倾斜引起的误差。当前采用静力水准仪法观测试坑浸水试验过程的地表沉降变形时，一方面缺乏适合试坑浸水试验中应用静力水准仪的安装装置，另一方面也缺乏静力水准仪贮液罐倾斜引起沉降测量误差的消除方法。因此，亟待发明一种可实现自动化观测，同时可消除倾斜误差的地表沉降变形测量装置及方法，为黄土湿陷性评价提供可靠数据。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是提供一种试坑浸水试验中地表沉降变形测量装置及方法，并提供至少后面说明的优点。

2、本发明的另一个目的是提供一种试坑浸水试验中地表沉降变形测量装置及方法，结构简单、设计合理，分别利用静力水准仪、测斜仪测量得到监测点位的沉降量、倾斜度，可根据监测点位的倾斜度对静力水准仪测得的沉降量进行修正，获得更加精准的地表沉降量，实用性强。

3、本发明的技术方案如下：

4、试坑浸水试验中地表沉降变形测量装置，其包括：

5、监测底座，其位于试坑内监测点位置；

6、倾角测量模块，其固定在所述监测底座上方；

7、沉降测量模块，其设置在所述倾角测量模块的上方；

8、其中，所述倾角测量模块包括两个并排的测斜组件，每个所述测斜组件包括：

9、全封闭底盖，其设置在所述监测底座的上表面；

10、刚性测斜管，其竖直设置在所述全封闭底盖上，且所述刚性测斜管上沿其轴线具有扶正器导槽；

11、刚性连接杆，其设置在所述刚性测斜管的底部，且顶端具有一预留螺栓；

12、测斜杆，其通过所述预留螺栓固定在所述刚性连接杆的上方；

13、扶正器，其与所述扶正器导槽滑动契合，两个所述测斜组件中的所述扶正器相互垂直；

14、开孔顶盖，其对所述刚性测斜管进行封顶。

15、优选的是，所述的试坑浸水试验中地表沉降变形测量装置中，所述沉降测量模块包括：

16、基准罐；

17、监测罐，其与所述基准罐等高设置，且所述监测罐位于所述倾角测量模块的正上方，所述基准罐和所述监测罐中均设置有浮筒和液位传感器；

18、气体连通管和液体连通管，其设置在所述基准罐和所述监测罐之间。

19、优选的是，所述的试坑浸水试验中地表沉降变形测量装置中，

20、所述开孔顶盖上设置有一刚性连接套件，所述刚性连接套件包括位于上方的圆环形容置部、位于下方的8字形连接部以及位于二者之间的水平隔板；

21、所述水平隔板上和所述8字形连接部的外侧壁上共具有四个预留孔，分别使得液体连通管通过；

22、所述8字形连接部的下端与所述开孔顶盖嵌套连接；

23、所述8字形连接部的内侧壁上部具有一限位环；

24、所述圆环形容置部内放置有一个所述监测罐。

25、优选的是，所述的试坑浸水试验中地表沉降变形测量装置中，两个所述测斜组件通过固定管箍固定。

26、试坑浸水试验中地表沉降变形测量方法，其包括以下步骤：

27、步骤一、监测点位布设:

28、由试坑中心沿半径方向往外延伸3条地表变形监测线，3条监测线相互之间的夹角为120°，试坑内部同一测线上的监测点位间距为2m，试坑外部同一测线上的监测点位间距为3m；

29、各个监测点处均设置2组倾角测量模块，其中2个测斜仪的扶正器方向分别沿x、y两个方向安装到长度为l的刚性测斜管内；

30、步骤二、沉降量、倾角的测量:

31、浇筑监测底座，安装静力水准仪；

32、开始试坑浸水试验，读取静力水准仪的沉降测量值h以及的2个测斜仪的倾角测量值θ1，θ2；

33、步骤三、x、y方向水平位移计算:

34、根据步骤二得到的倾角测量值θ1，θ2，并结合几何条件可计算得到监测点位在x、y方向上的水平位移δs1＝l·sinθ1、δs2＝l·sinθ2；

35、步骤四、真实水平位移量合成：

36、根据步骤三得到的x、y方向上的水平位移δs1、δs2，可以合成得到监测点位的真实水平位移量

37、步骤五、附加沉降量计算：

38、根据步骤四得到的监测点位真实水平位移量可以计算得到刚性测斜管倾斜引起的附加沉降量

39、步骤六、静力水准仪液面倾斜附加沉降量计算：

40、根据监测点位真实倾角可以计算得到静力水准仪液面倾斜引起的附加沉降量δh2＝h(1-secα)，h表示静力水准仪中储液罐内初始液面高度；

41、步骤七、修正沉降量计算：

42、根据以上步骤可知，倘若监测点位处发生倾斜，会导致监测点位产生附加沉降量δh＝δh1+δh2，则可以计算得到修正后的沉降值h′＝h+δh。

43、优选的是，所述的试坑浸水试验中地表沉降变形测量方法中，步骤一中所述x、y方向相互垂直，分别表示试坑半径的切线方向、试坑半径方向，且所述刚性测斜管的长度为1m。

44、优选的是，所述的试坑浸水试验中地表沉降变形测量方法中，步骤三中x、y方向上的水平位移的计算方法为三角函数法。

45、优选的是，所述的试坑浸水试验中地表沉降变形测量方法中，步骤四中，监测点位的真实水平位移量δs与x、y方向上的水平位移δs1、δs2符合平行四边形法则。

46、优选的是，所述的试坑浸水试验中地表沉降变形测量方法中，步骤六中h表示静力水准仪中储液罐内初始液面高度。

47、本发明具有以下有益效果：

48、结构简单、设计合理且安装操作简便，投入成本较低；

49、采用2个测斜仪并排、垂直放置，能同时测量两个方向的倾角；

50、通过测量2个方向上的倾角，能够对静力水准仪的沉降监测数据进行倾斜度修正；

51、采用的沉降测量模块以及倾角测量模块均可通过连接信号接收器实现自动化、实时连续观测；

52、设计合理，分别利用静力水准仪、测斜仪测量得到监测点位的沉降量、倾斜度，可根据监测点位的倾斜度对静力水准仪测得的沉降量进行修正，获得更加精准的地表沉降量，实用性强。

53、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。