[发明专利]一种基于形状记忆材料的岩土工程测斜方法及装置

说明书

本发明涉及一种基于形状记忆材料的岩土工程测斜方法及装置，属于岩土工程监测技术领域，主要利用形状记忆材料在特定的赋形条件下的形状记忆效应，将由形状记忆材料制作的测条放入测斜管中，确保其能与周围岩土体能够发生协同自由变形，施加赋形条件使其完成变形记录工作，撤除赋形条件待其恢复至常规状态时将测条抽取出来，重新施加赋形条件对所记忆形状对照刻度直接读取变形数值。该方法能够大幅减少监测作业工作量；有效满足岩土工程大变形监测需求。该测斜装置包括驱动部、测斜管、赋形条件控制模块，测条由形状记忆材料制作而成，测条包裹在芯管当中，芯管能够对测条的赋形条件进行调节，芯管内置于测斜管内且与测斜管发生同步变形。

技术领域

本发明涉及岩土工程监测技术领域，特别涉及一种基于形状记忆材料的岩土工程测斜方法及装置。

背景技术

测斜技术广泛应用于基坑、桩基、边坡等岩土工程，为施工安全管理、质量控制及周边环境保护提供有力的监测依据和技术支撑。目前，岩土工程水平位移监测通常采用的是滑动式测斜仪，该类测斜仪主要由测斜管、探头、电缆和主机四部分组成。

滑动式测斜仪的工作原理：工程应用时，首先在土体（桩体、墙体）中预埋测斜管，土体（桩体、墙体）发生变形后，整个测斜管也产生相应变形，通过分段量测器轴线与铅垂线之间的夹角变化量，按测点的分段长度分别求出不同高程处的水平位移增量，从测斜管底部测点开始逐步累加可以得出不同高程处的水平位移，最终形成侧向变形近似曲线（折线拟合）。然而，在实际的工程应用过程中，该类滑动式测斜仪的一直存在一些难以避免的问题：

1、工作量大；数据采集费时费力，单个测孔一般每间隔0.5m或者1.0m（受传感器测头长度的限制）采集一个数据，同时由于传感器测头偏置误差以及零点漂移误差的存在，单个测孔单次数据需要采集正测和反测两组数据用于误差消除。

2、量程受限：若岩土体产生较大变形，测斜管随同产生过大曲率，造成传感器测头无法自由通行，导致测斜孔发生“剪断”，目前虽然可以通过增加测斜管内径来减少测管被“剪断”的几率，但增加测孔内径同样会对原状地层产生“加固效应”或对桩基、围护结构造成更大的“缺陷”，产生不必要的影响，使得监测发生失真。

3、故障率高：测斜管极易被施工现场杂物堵塞或破坏，导槽极易受泥沙、粉尘、水蒸气等组合影响发生堵塞导致导轮滑行受限，而这些故障一旦出现便难于排查，甚至造成测斜管直接报废。

4、误差因素众多：测斜仪本身就存在偏置误差、零点漂移误差和旋转误差三种仪器误差；测斜导管制造和安装过程中会产生导管扭曲误差；观测过程中，由于仪器系统受环境温度和湿度影响会产生环境误差；由于观测者的技术能力、工作习惯及责任心等原因造成其不能正确操作仪器、观测有误、读错数、记错值则会产生人为误差；在数据处理过程中，由于计算的基准值和假定不动点选择不当会产生计算误差，等等。

5、数据离散非连续：属于等间距离散化增量法测量，测头的长度决定了监测数据的离散度，不能精确完整描述地层变形特性。

6、测斜方向单一：目前普遍只能测两个方向上的位移曲线，属于平面内测量，对于狭长基坑等具有明显平面变形特的情况适用，但对于复杂情况下岩土体真三维水平位移特性缺乏监测能力；

7、自动化程度低；受限于该监测方法使用过程中人为因素过多、意外因素过多，基于该方法的自动化测斜的实现存在一定的困难。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种基于形状记忆材料的岩土工程测斜方法及装置，利用形状记忆材料在特定的赋型条件下的形状记忆效应，将形状记忆材料制作的测条放置入测斜管中，确保其能与周围岩土体能够发生协同自由变形，对记忆形状对照刻度直接读取变形数值。该方法能够大幅减少监测作业工作量；有效满足岩土工程大变形监测需求；操作流程简便，易于实现标准化、规范化，更加易于实现半自动化乃至自动化监测。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：