[发明专利]黄土场地浸水条件下土体内部应力变化监测系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于工程监测技术领域，具体涉及一种土体内部应力监测系统及方法，特别是一种黄土场地浸水条件下土体内部应力监测系统及方法。本发明用于地表大面积浸水条件下黄土体内部应力强度及应力分布状态的快速、连续、准确监测。

背景技术

黄土由于其特殊的形成时代和形成环境，导致了其具有大孔隙性进而导致了其具有强烈的水敏性，而黄土水敏性最突出的表现形式就是湿陷。随着国家经济的持续快速发展以及政策倾斜，我国中西部地区的建设速度和规模日渐加大，导致黄土区各大城市用地日趋紧张，新建的工业与民用建筑呈现逐渐由低阶地转向高阶地发展态势，随之而来的大厚度自重湿陷性黄土地基的勘察、评价以及处理问题成为了黄土地区工程技术人员所面临的首要难题。《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB 50025-2004)中对于黄土湿陷性场地得评价体系是以沉降量为导向，强调最终结果而不是很重视过程，这种评价体系在相当长的时间里指导了大量的建设，成效显著。但是，我们必须认识到，随着工程建设规模加大,“长、大、高”的重要工程越来越多，很多工程事故表明黄土的湿陷敏感性与最终湿陷量同样决定着工程的安全。另外，发明人还注意到：湿陷导致地面沉降的过程不只是单纯的土体纵向压缩，而是纵向压缩和侧向挤出相伴而生，一些工程事故的调查已经证明了这一点。由于不同地区土质不同，所以由侧向挤出而反映在地表沉降量值也有所不同。因此，在评价黄土湿陷敏感性及侧向变形影响时需要获得在水的浸入过程中土体内部应力强度和应力分布状态的数据，而目前尚没有获取这类数据的系统、科学、高效的装置及方法，对该装置及方法的研究和开发是十分必要的，对黄土地区各种重大工程地基处理工作具有重大的现实意义。

发明内容

针对现有技术中存在的空白和不足，本发明的目的在于，提供一种黄土场地浸水条件下土体内部应力监测系统及方法，该系统及方法通过电源、采集器和上位机实现全自动化数据获取，能够快速、连续、准确地监测地表大面积浸水条件下黄土体内部应力强度及应力分布状态，从而为黄土湿陷敏感性及侧向变形影响评价提供准确可靠的参数。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以解决：

一种黄土场地浸水条件下土体内部应力监测系统，包括电源、上位机、多个土压力传感器和至少一个数据采集器；其中，每个所述土压力传感器的输出端分别连接数据采集器的输入端，数据采集器的输出端分别连接上位机，所述电源连接土压力传感器、数据采集器及上位机为其供电；

由所述多个土压力传感器实时采集黄土场地浸水条件下土体内部的土压力数据，采集到的数据发送到数据采集器，数据采集器将其发送到上位机，由上位机对接收到的数据进行处理。

本发明的系统还包括如下其他技术特征：

所述土压力传感器包括不锈钢质的盒体、电阻应变片、接线板和顶盖，盒体底面的镀锌层作为受力膜，盒体内固定有由电阻应变片组成的桥式电路和接线板，电阻应变片组成的桥式电路紧贴盒体内底面，所述接线板位于电阻应变片组成的桥式电路的上方；电阻应变片组成的桥式电路通过接线板由信号线引出盒体，盒体顶部安装顶盖。

利用上述本发明的系统进行黄土场地浸水条件下土体内部应力的监测方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1）监测系统的组装：包括土压力传感器的焊接、电源的组装、上位机的安装、信号线的连接及土压力传感器与数据采集器的匹配调试；

2）传感器的标定：对每个土压力传感器进行标定，得到所有土压力传感器标定曲线；

3）传感器的埋设

第一、在待监测区域开挖浸水坑；

第二、在浸水坑内地面及浸水坑外地面开挖多个埋设井；

第三、在每个埋设井内埋设土压力传感器；所有土压力传感器埋设完毕后，需将所有埋设井回填并夯实；

4）数据采集：在浸水坑开始浸水前，启动数据采集器记录每个土压力传感器的初始值并发送给上位机；浸水开始后，各土压力传感器实时采集土压力数据并实时向数据采集器发出信号，数据采集器以一定的频率采集并记录信号，并实时将采集到的信号发送给上位机；

5）数据处理：上位机通过数据采集器发送的信号得到土压力传感器的初值；对每个土压力传感器的标定曲线进行重新拟合得到拟合标定曲线及对应的拟合公式；由拟合公式得到每个土压力传感器的标定系数A、B，其中A等于拟合曲线在土压力轴的截距，B等于拟合曲线的斜率。

由式1计算得到土压力σ：

σ=A+X*B       （式1）

式中，σ—总应力；X—输出微应变值；A、B—标定系数。