[发明专利]一种面向地下结构施工的土体性能监测装置及其工作方法

说明书

本发明公开了一种面向地下结构施工的土体性能监测装置及其工作方法，在电路保护盒的外壁及土压力接触板的内壁设置相对应的激光发射及接收器，每个电路保护盒中的电路相互并联，同时每个电路保护盒中的电路在两个金属导电棒遇水导电后接通。本发明通过激光测距技术监测土压力接触板的位移来反应土体的扰动，实现了对土体多方位变形的精确测量；同时，利用胡克定律，通过激光测距所测位移计算出土体各方位压力变化值；此外，利用欧姆定律，还可通过电路总干路电流的变化来显示地下水位的变化；实现了对土体的多深度，多方位的自动化程度测试，监测数据可靠，保证了地下结构施工及周围建筑的安全性，有着广阔的工程应用前景，将产生显著的社会经济效益。

技术领域

本发明涉及土木工程中地下结构领域，具体涉及一种土体监测装置及其工作方法。

背景技术

近年来，地下土体的监测是岩土工程项目质量安全评价、地质灾害预测的重要手段及研究热点。它可以深入岩土体内部进行地下不同深度水平位移、沉降、应力、水位等地质参数的动态监测，因此能准确检测地下位移形变信息，确定变形范围，进而研究变形机制、成灾现状、发展趋势及防灾预报。而监测上的不可见和复杂性导致地下监测技术发展缓慢，存在精度差、成本高、非自动化或难于准确计算地下位移量等问题。

随着我国城市化进程的不断深入，大中型城市轨道交通及地下空间的利用得到了飞速发展，准确评估新建地下工程对既有结构安全性影响已成为当务之急。

现阶段监测深层土体的压力值、变形及水位一般采用土压力盒、测斜管和水位计分别进行。(1)在工程测试工作中，测试元件的刚度一般都不等同于被测试的结构物或岩土体，土压力盒由于其采用厚壁金属材料制成，因此具有较大的刚度，在岩土工程测试中土压力盒自身刚度大小对测试结果的影响很大，甚至出现了因所埋设测试元件的刚度问题使得结构物的受力变形特征发生变化的情况。其次，土压力盒埋设于土体中，不能实现测点处多深度测量，想要测试不同深度处土压力，则需埋设多个，价格成本较为昂贵。(2)土体测斜仪在测量土体水平位移过程中也存在几个常见问题，铝合金测斜管导向槽的扭转较小，而塑料测斜管的扭转问题较为严重；测斜管达到极限变形后，极限弯曲部位以下地方的水平位移无法进一步测量；测斜管两端被相对固定，且测斜管管材的刚度远远大于饱和软土，导致软土与测斜管不能协调变形。可见，基于测斜仪得到的水平位移数值是近似的，有可能因非确定性因素导致监测结果存在较大的误差。(3)水位计用于地下水位监测时，常常需要借助于测斜管孔或预先设置的钻孔。当大量的降水来临时，易直接从测斜管口直接流入，导致管内水位的急剧变化，而测斜管与地下水位的相通性又不畅，故所测地下水位不具有实时性，不能及时反映地下水位的变化。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种面向地下结构施工的土体性能监测装置及其工作方法，可在不同深度处实现对土体压力、变形及水位变化的实时监测，为地下结构施工及周围建筑提供了可靠地安全预警。

技术方案：本发明提供了一种面向地下结构施工的土体性能监测装置，包括多个在竖直方向上顺序连接的监测子装置，所述监测子装置包括电路保护盒、围设在电路保护盒周围的土压力接触板、沿周向包裹在土压力接触板外的透水无纺布，电路保护盒的外壁及土压力接触板的内壁设有相对应的激光发射及接收器，每个电路保护盒中的电路相互并联并与电源构成回路，同时每个电路保护盒中的电路在两个金属导电棒遇水导电后接通。

进一步，每个电路保护盒中的电路中串联有两个定值电阻，防止电路长期受地下水的腐蚀而发生短路。

进一步，每块土压力接触板的内壁与其对应的电路保护盒外壁之间用弹簧连接，每对激光发射及接收器周围均布有四个弹簧，在弹簧的作用下可保证但不阻碍土压力接触板随着土体的扰动而移动。

进一步，相邻两个监测子装置之间由内置导线的绝缘金属棒连接，可根据工程实际情况选取埋设深度，实现了土体变形与压力的多深度测量。

一种面向地下结构施工的土体性能监测装置的工作方法，包括以下步骤：