地基水平与纵向变形自动监测仪

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摘 要：我国日趋严重的地质灾害，直接危害着人民的生命财产安全和国家重大工程项目的运营安全，也直接影响着我国社会经济的可持续发展，结合国内外土木工程监测技术的研究现状，创新设计了一套简单、实用的地基变形自动监测仪。

关键词：地质灾害；地基变形；自动监测

中图分类号：TU198.7 文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2011）032(C)-0182-01

一、概述

四川是地质结构复杂，丘陵多、雨水多，每年都会产生大量的山体崩塌、滑坡和泥石流等严重地质灾害，给国家和人民的生命财产造成了重大经济损失。根据这一特殊情况，结合国内外土木工程监测技术的研究现状，创新设计了一套简单、实用的地基变形自动监测仪。

二、国内外研究现状

目前可用于水平变形和沉降变形自动观测的方法主要有以下几种：

（一）激光位移测量法

激光位移测量法是通过在路基或大坝以外架设基准点，并安装高精度、大量程激光测距仪对路基或大坝表层某点进行水平变形观测的一种测试方法。

（二）磁致伸缩多点变形观测法

该测量方法主要基于磁致伸缩原理，利用电缆式多点位移计进行边坡、隧道、路基、大坝等的侧滑位移和水平变形监测，利用连杆式多点位移计进行地质分层沉降变形观测的一种测试方法。

（三）光纤位移测量法

用光纤变形引起反射或透射光波长特性改变实现位移检测的方法是最近几年随着光纤技术的发展而得到应用的。可进行大变形观，但只能进行小变形（即应力、应变）观测。

三、本地基变形自动监测仪

地基沉降变形自动监测探头：

（一）位移传感器选择

根据性价比和结构需要，目前可用于位移检测的传感器主要分为差动变压器式位移传感器、光栅式位移传感器、磁致伸缩位移传感器、拉线式位移传感器和电阻式精密位移传感器。

（二）传感机构的设计

在传感器机构的设计中需要解决以下几个关键问题：1、基准点问题：应根据不同地形寻找稳定层，从稳定层中引出基准点；2、沉降板问题：应保证与地基表面土体同步变形；3、地基的水平变形对地基沉降变形的影响问题：所设计的传感器机构应避免水平变形对沉降变形的影响，使传感器能够精确测量地基的沉降变形；4、传感器的初始位置及其量程的调整问题：应能方便的进行初始位置和量程的调整。

四、基准点的引出方案

通常情况下应该根据不同的地形来择不同的基准点，此基准点必须是不动的。因此，在地基上适合安装的位置打一垂直深孔，并且将一个内径50mm，外径60mm的标准钢管（外管）置于孔内，在最上端6m长的钢管外壁涂覆沥青；以消除外力的影响，并起到对钢管的防腐作用。

（一）沉降板设计及其与传感器的连接

沉降板设计应遵循的原则是：沉降板应与周围土体同步运动，保证测量的准确性；沉降板尺寸厚度适中，材料应既保证能反应出周围局部土体的位移变化状况，又保证不对测量环境造成大的影响。1、沉降板材料的选择。由于各种地质的地形各不相同，难以保证与周围土体同步运动。选择混凝土板作为沉降板，由于混凝土材料与土体材料性质相近，沉降板上下表面不易凝成吸水层，减小了沉降板与土体发生相对滑动的可能性。2、沉降板的形状和尺寸。由于传感机构的安装会在沉降板正下方形成一个约100mm空洞，所以沉降板的尺寸应略大一些，并应进行详细地分析计算。初步选择圆盘直径为300mm，厚度为20mm。除此考虑到沉降板表面与土石结合的相对滑动，设计一周垂直于沉降板表面的挡板。

（二）沉降板与传感器的连接方案

在混凝土沉降板浇注时，预埋与传感器和封装保护伸缩管相连的金属套管。套管外壁与封装保护伸缩管相连，套管内加工有内螺纹，传感器及其连接附件可以直接与套管螺纹连接。金属套管的长度为100mm，利用此套管的内螺纹可以调整传感器的初始位置。1、消除水平变形对沉降变形的影响。传感器的测杆和磁环配合紧密，测杆相对于磁环上下移动，不能倾斜，以保证测量精度。测杆通过调心球轴承与作为基准点的内管相连，调心球轴承的最大调节角度为30；磁环镶嵌在金属管内并通过球铰式万向联轴器与沉降板相连，球铰式万向联轴器调节范围很大，允许倾角≥300。2、传感器初始位置及量程调整。传感器的初始位置是指磁环和测杆的相对位置，可设磁环到测杆底端距离为一参考量，即预留的融沉量大小。本设计选用的LVDT直流差动式位移传感器，量程为500mm，传感器的初始位置设定为200mm。3、传感机构的密封。整个传感机构由传感器测杆、磁环、沉降板、基准点，以及附属连接或保护装置组成，埋于地基表面300mm以下，因此必须对整个系统进行密封。采用金属软管对整个传感机构进行密封，以此来保证传感机构的防水、防潮、防尘的要求。

（三）地基水平变形自动监测探头

为准确监测地基水平变形，在传感机构的设计中需解决以下几个关键问题：一是准点问题：应从地基不动层内引出，不受气候环境变化影响；二是除地基的沉降变形对水平变形测量精度的影响；三是感机构的密封问题：应保证传感机构防水、防潮。

结束语：本创新设计作品具有以下几个特点：一是该系统传感探头结构新颖，工作可靠，安装及调整方便，成本低廉，自动化程度高、具有较强的实用推广价值；二是通过创新结构设计，结合现代土木工程与测试技术，基本消除了地基水平变形对沉降变形的测量精度影响，整个装置结构合理，工艺性好。

作者单位：西南科技大学