深厚淤泥地层中u型成槽监测装置
阅读说明：本技术 深厚淤泥地层中u型成槽监测装置 (U-shaped grooving monitoring device in deep sludge stratum ) 是由 苟学登 苏轩彬 许凯 王纪云 赵伟伟 崔浩明 田佳运 李超 莫林飞 张佳文 于 2021-06-21 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种深厚淤泥地层中U型成槽监测装置,包括倾斜监测装置和强度监测装置,倾斜监测装置用于测量U型成槽的倾斜角度,强度监测装置用于监测U型成槽外土体的强度。通过成槽的倾斜带动U形管(内部装置)的倾斜,致使U形管内左右管口出水量不等,通过两端管口的倾斜水收集装置收集的一端的出水量,再通过计算得出成槽的具体倾斜角度,克服了对深厚淤泥土层的成槽测斜难题。另外电磁弹射应变仪头部的应变片接触土体,通过应变片测量的数据实现对成槽强度的监测。本发明装置具有简便、易操作的优点,同时成本低、效率高、性能可靠。(The invention provides a U-shaped grooving monitoring device in a deep sludge stratum, which comprises an inclination monitoring device and a strength monitoring device, wherein the inclination monitoring device is used for measuring the inclination angle of a U-shaped grooving, and the strength monitoring device is used for monitoring the strength of a soil body outside the U-shaped grooving. The inclination of the U-shaped pipe (internal device) is driven by the inclination of the groove, so that the water yield of the left pipe orifice and the right pipe orifice in the U-shaped pipe is unequal, the water yield of one end collected by the inclined water collecting devices at the pipe orifices at the two ends is calculated to obtain the specific inclination angle of the groove, and the difficult problem of inclination measurement of the groove of a deep silt soil layer is solved. In addition, a strain gauge at the head of the electromagnetic ejection strain gauge is in contact with the soil body, and the grooving strength is monitored through data measured by the strain gauge. The device has the advantages of simplicity, convenience, easy operation, low cost, high efficiency and reliable performance.)
技术领域
本申请属于城市地铁车站深基坑施工领域，涉及一种成槽监测装置，具体涉及一种用于深厚淤泥土层的U型成槽监测装置。
背景技术
随着城市用地愈趋紧张，为了充分利用地下空间，提高地下空间的利用率，缓解城市用地紧张的现状，城市中心区深基坑开挖项目越来越多，地下连续墙支护方式在基坑支护中的应用也越来越广泛，对成槽的倾斜和强度监测工作也应运而生。以往的成槽倾斜监测方法主要是将超声波探测仪缓缓深入成槽底部，通过读取超声波探测仪数据得知成槽发生的倾斜变化。但是这种方法功效低，无法做到随时测量，测量的数据也仅限于成槽的倾斜，测量过程容错率低，一旦失误就要重新开始测量，且难以实现对深厚淤泥地层成槽倾斜的监测。
深厚淤泥地层具有孔隙比大、天然含水量高、压缩性高、渗透性低且强度低等特性，严重限制了道路、桥梁、房屋等基础设施的建设，深厚淤泥土层中成槽的倾斜与强度监测显得尤为重要。
发明内容
本申请的目的是，为了克服上述现有技术的不足，提供一种用于深厚淤泥土层的成槽监测装置，并具可实时监测，功效高，检测内容多元化的特点。
为了实现上述目标，本申请提供了如下技术方案：
一种深厚淤泥地层中U型成槽监测装置，包括倾斜监测装置7和强度监测装置，倾斜监测装置7用于测量U型成槽的倾斜角度，强度监测装置用于监测U型成槽外土体的强度。
所述倾斜监测装置7包括倾斜水收集装置71、U型管排水口72、U型管73、液体74；所述U型管73中装满液体74；所述两个倾斜水收集装置71分别安装在两个U型管排水口72的下侧，用于收集U型管73排出的液体。所述两个U型管排水口72分别设置在U型管73管口的上部，开口朝向成槽内侧；所述倾斜水收集装置71包括玻璃刻度管711、活塞712、刻度管底部固定器713、容量瓶714。所述玻璃刻度管711为带有刻度的细长玻璃管，下部与刻度管底部固定器713连接；所述刻度管底部固定器713与容量瓶714底部连接；所述容量瓶714为承装U型管73排出的液体74的容器；所述活塞712为轻质材质，呈“工”字型，密度小于液体74的密度，内部呈空心，可使玻璃刻度管711穿过。
通过活塞712顶部与玻璃刻度管711上刻度线重合处可读取倾斜水收集装置71收集的液体74的体积。通过计算，得到U型管73中液体74下降的高度h，设定U型管排水口72与成槽中心点的距离为S，则h/S的值即为倾斜角的正切值，从而得到倾斜角。
所述强度监测装置包括信号传输线1、控制箱2、电磁弹射应变仪4；控制箱2与电磁弹射应变仪4通过信号传输线1连接，控制箱2为电磁弹射应变仪4提供电源。
所述控制箱2包括导线21、信号装置22、电源23、电流控制器24。所述信号装置22与电源23通过导线21连接，并与信号传输线1连接，用于存储电磁弹射应变仪4监测数据；所述电流控制器24与电源23连接，用于控制电源23输出电流方向。
所述电磁弹射应变仪4安装在地连墙混凝土中，包括应变片41、传导线42、小滚轮43、磁铁44、电磁铁45、连接杆46。所述应变片41成板状结构，固接在连接杆46的外侧，与土体面接触；所述连接杆46为中空管，传导线42一端与应变片41连接，另一端穿过连接杆46、磁铁44、电磁铁45后与信号传输线1连接；所述磁铁44一侧与连接杆46尾部固接；电磁铁45设置在磁铁44的另一侧，且两构件间设置一定间距。
在连接杆46中部设置有上下两组小滚轮43，用于连接杆46横向移动。所述小滚轮43包括粘结部431、轴承部件432、滚轮433；所述粘结部431通过支架安装在滚轮433上方，用于与外部混凝土粘结。所述轴承部件432安装在滚轮433中间，滚轮433围绕轴承部件432转动。
通过电流控制器24控制电源23输出电流方向，改变电磁铁45的磁场方向，因磁场作用力，使得磁铁44远离电磁铁45，进而连接杆46横向移动，使得应变片41紧贴土层，测量土层的形变，进而得到土层剪切强度。
引入电磁弹射应变仪外部清理系统8用于清洗电磁弹射应变仪4；
所述电磁弹射应变仪外部清理系统，包括混凝土外壳(外部装置)5、进水管A 81、出水管A 82、进水管B 83、排水管89、外部水槽88、进水管C、出水管C 87、水箱86、潜水泵85、出水管B 84。所述潜水泵85放置于水箱86底部。
每个电磁弹射应变仪4外侧布设一组进水管和排水管，通过进水管输入清水，清水清洗电磁弹射应变仪4中应变片41前面的淤泥，之后通过排水管排至水箱86，之后再通过潜水泵85抽取水箱86中的泥浆混合液排至外部水槽88，达到清洗电磁弹射应变仪的目的。
本申请与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
1.本申请装置具有快速精准测量成槽倾斜的优点。本申请装置通过成槽的倾斜带动U形管(内部装置)的倾斜，致使U形管内左右管口出水量不等，通过两端管口的倾斜水收集装置收集的一端的出水量，再通过计算得出成槽的具体倾斜角度，克服了对深厚淤泥土层的成槽测斜难题。
2.本申请装置具有兼备监测成槽强度的优点。本申请通过改变电流方向改变电磁铁的正负极，使得电磁弹射应变仪接触土体，致使电磁弹射应变仪头部的应变片接触土体，通过应变片测量的数据实现对成槽强度的监测。
3.本申请装置具有简便、易操作的优点，同时成本低、效率高、性能可靠。
附图说明
图1为U型成槽监测装置的结构示意图。
图2为控制箱示意图。
图3为电磁弹射式应变监测装置主视图；
图4为小滚轮示意图；
图5为倾斜水收集装置示意图；
图6为装置倾斜图。
数字标记注解：
信号传输线1、控制箱2、导线21、信号装置22、电源23、电流控制器24、混凝土外壳3；
电磁弹射应变仪4、应变片41、传导线42、小滚轮43、粘结部431、轴承部件432、滚轮433、磁铁44、电磁铁45、连接杆46；
土层5、成槽6；
倾斜监测装置7、倾斜水收集装置71、U型管排水口72、U型管73、液体74；
电磁弹射应变仪外部清理系统8、进水管A 81、出水管A 82、进水管B 83、出水管B84、潜水泵85、水箱86、出水管C 87、外部水槽88、排水管89；
成槽中心点9。
具体实施方式
以下结合附图所示对本申请作进一步的说明。
如图1所示，所述一种深厚淤泥地层中U型成槽监测装置，包括倾斜监测装置7和强度监测装置。
所述倾斜监测装置7包括倾斜水收集装置71、U型管排水口72、U型管73、液体74；所述U型管73中装满液体74；所述两个倾斜水收集装置71分别安装在两个U型管排水口72的下侧，用于收集U型管73排出的液体。72所述两个U型管排水口72分别设置在U型管73管口的上部，开口朝向成槽内侧；所述倾斜水收集装置71包括玻璃刻度管711、活塞712、刻度管底部固定器713、容量瓶714。所述玻璃刻度管711为带有刻度的细长玻璃管，下部与刻度管底部固定器713连接；所述刻度管底部固定器713与容量瓶714底部连接；所述容量瓶714为承装U型管73排出的液体74的容器；所述活塞712为轻质材质，呈“工”字型，密度小于液体74的密度，内部呈空心，可使玻璃刻度管711穿过。
如图5所示，通过活塞712顶部与玻璃刻度管711上刻度线重合处可读取倾斜水收集装置71收集的液体74的体积。通过计算，得到U型管73中液体74下降的高度h，设定U型管排水口72与成槽中心点的距离为S，则h/S的值即为倾斜角的正切值，从而得到倾斜角。
如图1所示，所述强度监测装置包括信号传输线1、控制箱2、电磁弹射应变仪4；控制箱2与电磁弹射应变仪4通过信号传输线1连接，控制箱2为电磁弹射应变仪4提供电源。
如图2所示，所述控制箱2包括导线21、信号装置22、电源23、电流控制器24。所述信号装置22与电源23通过导线21连接，并与信号传输线1连接，用于存储电磁弹射应变仪4监测数据；所述电流控制器24与电源23连接，用于控制电源23输出电流方向。
如图3所示，所述电磁弹射应变仪4安装在地连墙混凝土中，包括应变片41、传导线42、小滚轮43、磁铁44、电磁铁45、连接杆46。所述应变片41成板状结构，固接在连接杆46的外侧，与土体面接触；所述连接杆46为中空管，传导线42一端与应变片41连接，另一端穿过连接杆46、磁铁44、电磁铁45后与信号传输线1连接；所述磁铁44一侧与连接杆46尾部固接；电磁铁45设置在磁铁44的另一侧，且两构件间设置一定间距。
如图4所示，在连接杆46中部设置有上下两组小滚轮43，用于连接杆46横向移动。所述小滚轮43包括粘结部431、轴承部件432、滚轮433；所述粘结部431通过支架安装在滚轮433上方，用于与外部混凝土粘结。所述轴承部件432安装在滚轮433中间，滚轮433围绕轴承部件432转动。
通过电流控制器24控制电源23输出电流方向，改变电磁铁45的磁场方向，因磁场作用力，使得磁铁44远离电磁铁45，进而连接杆46横向移动，使得应变片41紧贴土层，测量土层的形变，进而得到土层剪切强度。
进一步的实际使用中为了更好的发挥强度监测装置的效果，引入电磁弹射应变仪外部清理系统8用于清洗电磁弹射应变仪4。如图1外部所示，所述电磁弹射应变仪外部清理系统，包括混凝土外壳(外部装置)5、进水管A 81、出水管A 82、进水管B 83、排水管89、外部水槽88、进水管C、出水管C 87、水箱86、潜水泵85、出水管B 84。所述潜水泵85放置于水箱86底部。
每个电磁弹射应变仪4外侧布设一组进水管和排水管，通过进水管输入清水，清水清洗电磁弹射应变仪4中应变片41前面的淤泥，之后通过排水管排至水箱86，之后再通过潜水泵85抽取水箱86中的泥浆混合液排至外部水槽88，达到清洗电磁弹射应变仪的目的。
实施例1：
S1：
初步清理成槽内壁，将本发明的U型成槽监测装置放入成槽内(磁铁44外部为N极)，开挖外部水槽88。
S2：
打开控制箱2内部电源23，通过电流控制器24通入正向电流，此时电磁铁(通带内螺线管)45的外部为N极，使磁铁44与电磁铁(通电螺线管)45相吸，由于吸引力，连接杆46的头部装置(应变片41)与混凝土外壳(外部装置)3的外壁贴合。
S3：
在进水管A 81、进水管B 83、进水管C(图中未示意)中通入水流，以进出水管81为例，水流通过进水管A 81到达电磁弹射应变仪4，带着附着在应变片41前端的淤泥流入出水管A 82，最后水流与淤泥汇入水箱86。打开潜水泵85，将水箱86中的水和淤泥抽出，排入外部水槽88，实现电磁弹射应变仪外部清理。
S4：
通过电流控制器24通入反向电流，此时电磁铁(通带内螺线管)45的外部为S极，使磁铁44与电磁铁(通电螺线管)45相斥，由于排斥力，连接杆46的头部装置(应变片41)保持与淤泥土层贴合。
实施例二：算例
如图6所示，倾斜发生时，U形管(内部装置)73如图5所示，由倾斜水收集装置71收集的水的体积V，以及U形管的截面积A，算得下沉端液面下沉量Δh，再由成槽中心点9与U型管排水口72间距离S，算得倾斜角tanα＝Δh/S。
算例如下：如倾斜水收集装置收集的水的体积为90毫升，U形管的截面积为15平方厘米，算得下沉端液面下沉量Δh＝90/15＝6厘米，设成槽中心点9与U型管排水口间距离S为1米，则倾斜角tanα＝Δh/S＝6/100＝0.06，算得倾斜角α＝3.434°。