[发明专利]一种结合表观和内部量测的地层位移量测装置及量测方法

说明书

技术领域

本发明涉及高校试验教学与科学研究的土工试验领域，特别是一种地层位移量测装置及量测方法。

背景技术

在隧道开挖施工过程中，隧道上方土体受到开挖扰动的影响，产生一定的沉降位移，给地表及地中建构物带来一定的损坏，影响其正常使用，为探究隧道施工条件下地层位移的沉降规律，室内试验至关重要。目前室内试验中关于地层位移的量测多采用仪器进行间接量测，而由于埋入的相关仪器难免对土体产生影响带来一定的误差，而X射线及核磁共振等可直接观测地层位移的技术，因其所需要的昂贵仪器费用和难度较大的技术，未能被广泛应用。因此，找到一种廉价又简便的可直观观察到土体位移变化规律，同时又能准确地拟合出地层位移沉降曲线的试验装置和方法具有重要的意义。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种即可直观地观察土体位移变化规律，又能准确地拟合出地层位移沉降曲线的地层位移量测装置及其量测方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种结合表观和内部量测的地层位移量测装置，包括试验箱、彩色土体、量测系统和隧道开挖模拟装置；

所述的试验箱为可视化钢化玻璃箱，玻璃箱带底并敞口，且在相对的两壁面上预制孔洞，在壁面外侧孔洞的周边外设置“凹”形不锈钢滑槽，用于安装玻璃挡板；所述的试验箱的四壁有精密刻度的尺寸线；

所述的试验箱内装有彩色土体，彩色土体的表层低于试验箱的开口面；

所述的彩色土体分层填筑于试验箱内，作为土层位移沉降曲线监测的参考标志；

所述的隧道开挖模拟装置包括拉拔仪器、内管和外管；所述的内管模拟隧道的砌衬，外管模拟盾构机的盾壳；所述的内管和外管嵌套在一起，水平安装在试验箱的孔洞中；所述的内管和外管之间留有空隙，两端用泡沫环密封；所述的内管贯穿箱体，左端与试验箱上的玻璃挡板紧接，右端伸出试验箱外；所述的外管左端距试验箱左壁10-30cm，右端伸出试验箱外20cm；外管右端伸出部分沿环向均布圆孔，所述的拉拔仪器通过绳索连接到外管的圆孔上；所述的外管外侧沿轴向有刻度标记；

所述的量测系统包括沉降组件、位移传感器、数据采集仪和计算机；所述的沉降组件有多个，分别位于外管以上、彩色土体表层以下的彩色土体中，所述的沉降组件的上端与位移传感器连接；所述的位移传感器布置在彩色土体表层上；所述的位移传感器通过数据线与数据采集仪连接，所述的数据采集仪与计算机连接。

进一步地，所述的试验箱上四壁设置的孔洞高度不同，孔洞直径比外管外径大0.1-0.2mm。

进一步地，所述的试验箱壁面外侧孔洞的周边外设置的“凹”形不锈钢滑槽内安装玻璃挡板。

进一步地，所述的沉降组件由螺纹金属杆、光滑套管和塑料板组成，所述的螺纹金属杆的外部套有光滑套管，其下部固定在塑料板上，其上部与位移传感器连接。

进一步地，所述的外管为PVC管或钢管，所述的内管为PVC管或钢管，所述的光滑套管为PVC管或铜管。

进一步地，所述的彩色土体具有与试验用土相同的特性。

一种结合表观和内部量测的地层位移量测装置的量测方法，包括以下步骤：

A、分层填筑彩色土体；

彩色土体填装过程中，按试验需求将不同彩色标记的土体分层填筑到已预先安装好隧道开挖模拟装置的试验箱内，使不同彩色土体的标记层与试验箱壁上相应的尺寸刻度完好重合，用于不同彩色土层位移的观察与记录；

B、布设彩色土体内部的量测系统；

根据试验需求确定监测面位置及测点填埋深度，在彩色土体填筑到测点填埋深度位置时布设沉降组件，彩色土体填筑完毕，将位移传感器连接到沉降组件的上部，并将位移传感器经数据采集仪连接到计算机；

C、模拟隧道的开挖；

通过拉拔仪器均匀拉拔外管，以均匀的进尺逐步释放土体位移，产生的地层损失模拟隧道的开挖过程。

D、试验数据的处理；

试验数据的处理包括箱体边缘彩色土层位移和箱体内部土体位移，具体步骤如下：

D1、选取能反映试验箱体边缘彩色土层沉降曲线整体轮廓的数组测点，根据试验箱壁上的尺寸刻度，量测出各层测点的坐标，将各测点坐标输入数据拟合软件origin，得到准确的拟合曲线；