[发明专利]一种分布式沉降测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及了一种用于土建交通结构中健康检测和监测的技术，尤其涉及了一种高精度分布式沉降仪及其测量方法。

背景技术

对于如地铁、轻轨和高架桥等土建交通结构中的地基沉降测量，是评价一个地基基础设计或土工构筑物设计的重要指标。工程实践表明，大多数地基事故皆由地基变形过大或不均匀所造成，所以正确测量和控制基础的差异沉降和总沉降使其不超过容许值是至关重要的。近年来，人们对土力学的诸多方面的研究都有突破，但对地基变形的研究却少有进展。传统的地面沉降测量方法包括水准测量、基岩标和分层标测量，只能满足对于某一点的地表和基础点之间的沉降变化，难以满足如复合地基、不均与沉降分布、以及沉降速率等复杂的测量要求。

目前在大型结构健康监测中，越来越多的研究侧重于通过应变传感实现结构损伤识别、性能评价等目的。对如光纤光栅传感技术和基于布里渊散射的光纤传感技术和碳纤维传感技术相关的应变传感芯线中存在的易脆断、芯线滑移、标距内应变不均匀、测量精度和灵敏度等关键指标不足的问题，进行长标距设计封装，从而实现微小直径传感芯线的稳定端部锚固、标距内应变/应力均一化、增敏提高感度设计、和提高耐久性能等增益效果，进而实现结构内大范围的多点分布式连续静态和动态应变测量，达到结构中如变形、固有频率、挠度构件劣化、位移模态、和应变模态等局部和整体的结构状态参数的计算。专利CN 103438815 A为土建交通领域大型工程结构的长期检测和健康监测提供一种高耐久长标距光纤光栅传感器及其制造方法。专利CN 103868445 A提供了一种基于碳纤维连续纤维的分布式高精度长标距碳纤维应变测试装置，以提供稳定的动静态应变测量。但另外一方面，应变传感技术在土体等地基的测量技术中尚刚刚起步。目前已经出现了根据光纤传感器布设于土体内部，以测量和监测锚固点至基准点之间的沉降和变形。专利CN102435178 A公开了一种通过铠装光缆和光纤光栅与钢筋外面浇筑水泥制成光纤光栅钢筋水泥传感棒，以监测建筑结构的沉降。但光纤直径微小与钢筋直接复合，难以保证准确的应变测量，加之钢筋水泥构件刚度大，不宜于对地基内土体变形的感知。专利CN103438820A公开了一种对于钻孔剖面岩土体分层变形，回填封孔植入光纤的地面沉降测量方法。但由于回填过程中，光纤与填充材料固结为一个整体，不宜于针对各土层不同变形的分布式测量。加之光纤材料性质柔软，当土体内出现切向位移时，难以保证垂直方向沉降测量的准确性。另外对于地表的基准点，特别是软土地基，存在粘结力低下难以保证传感器件与土体协同变形，以及水土流失时难以保证稳定的测量基准点的问题。此外土体内水蚀和生物等影响因素，对于传感器件自身的耐久性要求高。

另一个方面，随着复合材料技术的发展，复合增强材料技术越来越多的应用在结构工程增强和性能改善的应用中。专利Zl 103668625 A公开了一种多根纤维原丝合股的技术，以达到根据设计要求控制纤维原丝中所受张力大小进而保证合股纱中纤维原丝长度一致性的目的。专利CN 201400819 Y公开了一种属于土建交通等相关领域的新结构材料和结构形式的玄武岩纤维复合筋及玄武岩纤维复合拉索。为了对复合地基的稳定性和沉降速率实施可靠的测量和监测，需要有一种高精度和高稳定性的沉降测量方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，而提供一种与土体协调一致并分层测量土体变成的分布式沉降测量装置及测量方法。通过多点式沉降测量，分别测量土表外和土体内沉降仪覆盖区间的应变变化，再计算各段对应的变形，进而获得总沉降量。本发明能够实现对复合地基内各土层对应沉降的感知，实现对大范围沉降发生时基准点失效的情况下高精度的沉降测量要求，适合于纵向和水平方向多点测量的布设，进而达到评价复杂沉降测量中沉降速率和地基稳定性的目的。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种分布式沉降测量装置，其特征在于：包括成阵列分布在所测地基的竖直打入土体或基础内部的连续纤维复合筋；所述连续纤维复合筋由底部锚固端、土层传感杆体、土表锚固片以及数据线引出端组成，在所述土层传感杆体内部包含在长度方向上拼接的多组长标距应变传感单元，所述数据线引出端位于所述土层传感杆体的上端并与所述长标距应变传感单元连接，在两所述长标距应变传感单元拼接位置外侧布设有与各土层固结的土层锚固栓，所述土表锚固片在土表位置与土表锚固，在土层传感杆体外标识有刻度。

所述应长标距变传感单元是点式电子应变传感元件、光纤或碳纤维应变传感元件。