專利名稱：用于檢測目標區域的結構穩定性的方法和設備的制作方法
技術領域：
下面的描述涉及ー種用于檢測目標區域的結構穩定性的方法和設備。
背景技術：
一般地，使用示振器、應變儀、地下水測量計等來預測建筑內的薄弱區域例如斜井、軟弱帶和擋土墻的倒塌。由基巖形成的建筑在小變形之后可能斷裂。在斷裂之前難以注意到變形，因為不存在特殊的斷裂征兆。在斷裂之前可以注意到變形。然而，由于斷裂的征兆不能通過測量位移、應カ等來預測，因此通過測量位移、應カ等來為建筑倒塌做準備是不正確的。地下水的變化可以導致建筑弱化，但是不能通過測量地下水的變化來獲得用于確定斷裂征兆的可 靠數據。可選擇地，可以通過測量聲發射(AE)來掌握建筑中的斷裂征兆，但是AE因成本高而沒有廣泛用于建筑エ地。而且，由于AE技術安置在建筑的表面上并僅用于檢測表面的斷裂，因此不能根據建筑內部的變形檢測到大規模破壞發生時的斷裂征兆。即，由于AE技術僅檢測表現和事后現象，因此存在許多對于為斷裂做準備而言無意義的情況。
發明內容
本發明的實施例g在提供ー種用于檢測目標區域的結構穩定性的方法，在不使用昂貴檢測器的條件下，事先準確地檢測出大規模破壞出現時的征兆現象，還提供一種用于該方法的設備。為了實現本發明的實施例，提供了ー種用于檢測目標區域的結構穩定性的方法，該方法包括將多個電極沿著目標區域的深度方向設置在目標區域中，所述電極由填充材料圍繞；通過電極測量微電勢差，當填充材料根據目標區域的變化因カ而變形時，產生微電勢差；和基于測量到的微電勢差，判斷目標區域的結構穩定性。所述將多個電極沿著目標區域的深度方向設置在目標區域中可包括通過沿著深度方向給目標區域鉆孔，來形成鉆孔；沿著深度方向將電極設置在該鉆孔內；和用填充材料填充該鉆孔與電極之間的空間。所述沿著深度方向將電極設置在該鉆孔內可包括將電極附接到非導電的托架，以間隔開；和將托架設置在該鉆孔內。所述將電極附接到非導電的托架可包括通過使具有相同長度的多個桿組合起來，來形成托架；和為每個桿附接ー個電扱。所述填充該鉆孔與電極之間的空間可包括填充壓電材料或與目標區域相比具有更大飽和度的材料作為填充材料。壓電材料可包括石英、陶瓷、硫酸鋰、偏鈮酸鉛和鈦酸鋇中至少之所述通過電極測量微電勢差可由通過電線連接到每個電極的測量裝置執行。
所述基于測量到的微電勢差判斷目標區域的結構穩定性可包括通過將測量到的微電勢差與測試值相比較來判斷 目標區域的結構穩定性，測試值與施加到填充材料的カ產生微電勢差的特性相關。可以獲得測量到的微電勢差，以形成沿著深度方向對應于電極的位置的曲線。為了實現本發明的另ー實施例，提供了ー種用于檢測目標區域的結構穩定性的設備，該設備包括非導電的托架，沿著長度方向延伸，使得托架設置在鉆孔內，所述鉆孔沿著深度方向鉆于目標區域中；多個電極，沿著長度方向設置在托架上；填充材料，圍繞所述電極；和測量裝置，電連接到每個電極，從而基于在電極中測量到的微電勢差來判斷目標區域變形的狀態。托架可包括多個可拆卸地聯接的桿。填充材料可包括壓電材料或與目標區域相比具有更大飽和度的材料。壓電材料可包括石英、陶瓷、硫酸鋰、偏鈮酸鉛和鈦酸鋇中至少之一。測量裝置可包括用于傳送目標區域的變形狀態的判斷結果的發送器。
圖1-3是示出施加到試樣的應カ引起的變形和微電勢差的變化型式。圖4是說明根據示例性實施例的用于檢測目標區域的結構穩定性的方法的流程圖。圖5是更具體地說明根據示例性實施例的用于檢測目標區域的結構穩定性的方法的流程圖。圖6是示出安裝了根據示例性實施例的利用電勢差的目標區域穩定性檢測設備100的狀態的概念圖。圖7是示出用于組裝圖6的托架110和電極120的方法的分解透視圖。圖8是示出由圖6的測量裝置140測量到的微電勢差的曲線的概念圖。
具體實施例方式下面，參照附圖詳細描述用于檢測目標區域的結構穩定性的方法和用于該方法的設備。在本說明書的全部實施例中，相同或相似的構成元件具有相同或相似的附圖標記，對不同示例性實施例中的相同或相似構成元件同樣應用了相同的描述。根據示例性實施例的檢測目標區域的結構穩定性的方法g在預先檢測諸如基巖、斜坡、土工構造物、擋土墻和軟弱帶的目標區域的變形。該檢測方法使得能夠掌握目標區域的可能的倒塌并為這種可能性做好準備。作為檢測的技術原理，在示例性實施例中測量在目標區域因力施加到目標區域而發生變形時產生的電勢差。測量基準可以通過向試驗用的樣品施加應カ的試驗來確認，這參照圖1-3來描述。圖1-3是示出施加到試樣的應カ引起的變形和微電勢差的變化型式。圖1-3示出當諸如巖石、混凝土或土壌的試樣暴露于壓縮力或張カ時因力引起的變形而產生微電勢差。該微電勢差根據變形的發展而増加，并在顯示出峰值之后保持在預定的水平或顯著減小。然而，常見的是，微電勢差的拐點或峰值產生在可能使試樣斷裂的變形之前。
具體地，如圖I所示，根據試樣的壓縮，微電勢差在到達預定值之后保持正常值，這是典型的情況。統計上，該趨勢的出現占全部測試的約70%。圖2示出微電勢差在峰值明顯出現之后下降的類型。圖3示出上述兩個類型相結合的類型。在圖3的類型中，微電勢差在峰值出現之后下降，再次增加并保持正常值。e v表示微電勢差的峰值或拐點處的變形程度，e p表示到達斷裂應カ的點處的變形程度。常見的是，在圖1-3的全部類型中，ev在ep之前出現。如上所述，意味著可以在試樣斷裂之前檢測到微電勢差的峰值或拐點。下面，參照圖4和5描述基于上述原理的檢測目標區域的結構穩定性的方法。圖4是描述根據示例性實施例的用于檢測目標區域的結構穩定性的方法的流程圖。圖5是更具體地描述根據示例性實施例的用于檢測目標區域的結構穩定性的方法的流程圖。如圖4所示，根據示例性實施例的用于檢測目標區域的結構穩定性的方法可包括設置多個電極的步驟SI、測量微電勢差的步驟S2和判斷目標區域的結構穩定性的步驟S3。在設置多個電極的步驟SI中，在用填充材料圍繞電極的狀態下，沿著目標區域內的深度方向設置電極。在測量微電勢差的步驟S2中，當填充材料根據目標區域的變化因カ而變形時，產生微電勢差。在判斷目標區域的結構穩定性的步驟S3中，基于測量到的微電勢差，判斷目標區域的結構穩定性。參照圖5詳細描述用于檢測目標區域的結構穩定性的方法。在步驟S11，可以將在目標區域內由填充材料圍繞的電極埋在建筑物下方。如上所述，目標區域將是具有倒塌可能性的區域，例如基巖、斜坡、土工構造物、擋土墻和軟弱帯。電極可以沿著深度方向設置到目標區域。深度方向可以包括目標區域的表面的垂直方向和傾斜方向。此外，電極由填充材料圍繞。填充材料可以是水泥或灰漿、壓電材料或具有比目標區域大的飽和度的材料。在使用水泥或灰漿的情況下，可以通過在電極沿著深度方向設置在圓柱形鋳型內的狀態下澆注水泥或灰漿，通過固化來形成填充材料和電極的組件。在建造目標區域(建筑物)期間，通過將該組件設置在預定位置，來埋設該組件。不同地，如果目標區域的建筑物完工，則可以在步驟S12采用后面在目標區域中形成鉆孔的方法。通過在目標區域的位置處鉆孔，來形成所述鉆孔。在形成鉆孔時，在步驟S13，在鉆孔內沿著深度方向設置電極。在設置了電極之后，在步驟S14，用填充材料填充鉆孔的空間。參照圖7詳細描述包括以規則的間隔保持電極位置并將電線連接到每個電極的詳細安裝形式。如圖5所示，在步驟S15，通過位于沿著目標區域的深度方向隔開的位置上的電極，來測量微電勢差。當填充材料根據目標區域的變形因カ而變形時，通過填充材料的變形而產生了微電勢差。存在這樣的方法通過比較每個電極的電勢與基準電勢，在每個電極中測量微電勢差。作為另一方法，可以通過比較每個電極中的電勢，來測量每個電極的相對微電勢差。 通過比較根據填充材料變形而測量到的微電勢差與大致設定的基準值，可以預測目標區域的一深度處(即，電極位置處)的變形和根據該變形的可能的倒塌。
此外，在該示例性實施例中，在實驗室中單個地測試設置成圍繞多個電極的填充材料。填充材料變形時產生的微電勢差的參數被設定為基準值，并在步驟S16中與上述測量到的微電勢差相比較。
雖然目標區域的構成物質不同，但是可以通過將填充材料試樣(甚至具有與安裝在目標區域中的填充材料相同的形狀)的測試結果設定為基準值，來實現對目標區域的客觀測量。具體而言，電勢產生量取決于目標區域所含的巖石的類型。由具有低電勢產生量的巖石形成的結構是存在的。然而，填充材料用作使電勢產生量増加、甚至使具有低電勢產生量的巖石的電勢產生量増加的增強器。不直接測量目標區域的構成物質中產生的微電勢差，而是間接測量填充材料中產生的微電勢差。然而，采用間接測量方法必須考慮的基于機械特性的效果或目標區域與填充材料之間的相互作用在技術上表現為可以忽略的程度。結果，在根據示例性實施例的填充材料作為待測量對象的方法中，保持了機械準確性，并且基準值不因目標區域的構成而變化。因此，根據示例性實施例的方法提供了如下好處該方法在無需修正的條件下用于分析各種區域。通過上述比較，在步驟S17判斷目標區域的變形狀態。具體地，如果測量到的微電勢差處于穩定的范圍內，則判斷目標區域不存在安全性的問題。然而，如果測量到的微電勢差在穩定的范圍之外，則在步驟S18用警報通知目標區域的安全性問題。基于該警報，管理人員確定目標區域的變形程度或倒塌的危險等級，并決定是否在目標區域中進行加固作業。參照圖6描述用于實現上述檢測方法的目標區域穩定性檢測設備100。圖6是示出安裝了根據示例性實施例的利用電勢差的目標區域穩定性檢測設備100的狀態的概念圖。如圖6所示，目標區域穩定性檢測設備100可包括非導電托架110、多個電極120、填充材料130和測量裝置140。托架110—般由非導電材料制成。托架110插入到鉆孔D中，該鉆孔D沿著深度方向形成在目標區域0上。托架110形成了電極120沿著深度方向間隔開安裝的框架。電極120在電極120附接到托架110的狀態下沿著目標區域0的深度方向設置在不同的高度處。具有良好導電性的廉價金屬，例如銅板，可以用于電極120。填充材料130通過圍繞托架110和電極120來填充鉆孔D內的空間。填充材料130可以具有與鉆孔D的形狀相應的圓柱形形狀。通常用于建筑エ地的諸如水泥或灰漿的材料可以用作填充材料130。不同地，與目標區域0相比具有更大飽和度的材料或壓電材料也可以用作填充材料130。由于壓電材料變形時產生電，因此壓電材料容易產生微電勢差。壓電材料的示例可以包括石英、陶瓷、硫酸鋰、偏鈮酸鉛和鈦酸鋇中的至少ー個。具有大飽和度的材料還可以具有容易產生微電勢差的益處。測量裝置140電連接到每個電極120，以測量每個電極120中的微電勢差。測量裝置140基于測量到的微電勢差測定目標區域0的變形狀態。測量裝置140可包括用于傳送表示目標區域0的變形狀態的測定結果的發送器。控制中心通過發送器接收測定結果，管理人員可以利用該測定結果。參照圖7描述托架110和電極120的詳細結構。圖7是示出用于組裝圖6的托架110和電極120的方法的分解透視圖。
如圖7所示，托架110可以由多個桿111和115的可拆卸聯接來形成。考慮到托架110可能插入約20至30米或更大的長度以進入目標區域0中，托架110形成為一體構件可能存在運輸和存儲上的困難。為了使桿111和115在建筑エ地堅固地聯接，突出部112可以形成在第一桿111的一端，凹陷部113可以形成在第一桿111的另一端。而且，突出部116可以形成在第二桿115的一端，凹陷部117可以形成在第二桿115的另一端。因此，第二桿115的突出部116可以插入到第一桿111的凹陷部113中。凹陷部113具有局部開放的環形形狀。凹陷部113的內徑可以比突出部116的外徑小。結果，第二桿115的突出部116在第一桿111的凹陷部113被迫打開的條件下插入到凹陷部113中。因此，突出部116通過凹陷部113試圖維持其原始狀態的カ而固定到凹陷部113。保持器114和118可以形成在每個桿111和115上。每個電極121和125安裝在保持器114和118上。由于保持器114和118之間的間隔L保持固定的距離，因此管理人員準確地掌握電極121和125的深度。保持器114和118之間的間隔L是考慮各種條件例 如成本而確定的，但一般具有約I米的長度。分別連接到電極121和125的電線122和126可以用帶而附接到桿111和115上。電線122和126是防水的，并延伸到地，以聯接到測量裝置140。測量裝置140連接到每個電線122和126，并測量電線122和126中的微電勢差。托架110通過桿111和115的聯接而形成。托架110在電極121和125 (以及電線122和126)安裝在托架110中的狀態下插入到上述的鉆孔D中(參見圖6)。參照圖8描述測量電極120中的微電勢差的示例。圖8是示出由圖6的測量裝置140測量到的微電勢差的曲線的概念圖。如圖8所示，脆弱表面FS可能存在于目標區域0的內部。當脆弱表面FS變形吋，施加了力F。力F在沿著脆弱表面FS的方向上施加到目標區域穩定性檢測設備100，特別是施加到填充材料130。當填充材料130因該カ而變形時，在電極120中測量到的根據目標區域0的深度的微電勢差可以形成曲線145。在曲線145中，對應于主要受カ而發生很多變形的部分的電極的微電勢差147與其它部分相比可能具有更高的值。管理人員通過比較微電勢差147與根據填充材料130的變形的微電勢差，來掌握填充材料130的變形程度。此外，可以根據填充材料130的變形程度來掌握在預定深度處施加到目標區域0的力的強度以及目標區域0的可能的變形或倒塌。根據用于檢測目標區域的結構穩定性的方法和用于該方法的設備，在出現大規模破壞時，無需使用昂貴的檢測器，就能夠預先準確地檢測出跡象。因此，可以提供一種在建筑エ地考慮經濟可行性通過事先掌握破壞跡象而為大規模破壞做準備的手段。本領域技術人員明白，用于檢測目標區域的結構穩定性的方法及其設備不限于上面描述的示例性實施例的構造和操作方法。示例性實施例可以構造成，在不偏離所附權利要求限定的本發明的精神和范圍的條件下，可以通過有選擇地組合示例性實施例的全部或部分，來進行各種改變和變型。
權利要求
1.ー種用于檢測目標區域的結構穩定性的方法，包括 將多個電極沿著目標區域的深度方向設置在該目標區域中，所述電極由填充材料圍繞； 通過電極測量微電勢差，當填充材料根據目標區域的變化因カ而變形時，產生微電勢差;和 基于測量到的微電勢差，判斷目標區域的結構穩定性。
2.如權利要求I的結構穩定性檢測方法，其中，所述將多個電極沿著目標區域的深度方向設置在目標區域中包括 通過沿著深度方向給目標區域鉆孔，來形成鉆孔； 沿著深度方向將電極設置在該鉆孔內；和 用填充材料填充該鉆孔與電極之間的空間。
3.如權利要求2的結構穩定性檢測方法，其中，所述沿著深度方向將電極設置在該鉆孔內包括 將電極附接到非導電的托架，以間隔開；和 將托架設置在鉆孔內。
4.如權利要求3的結構穩定性檢測方法，其中，所述將電極附接到非導電的托架包括 通過使具有相同長度的多個桿組合起來，來形成托架；和 將電極分別附接到每個桿。
5.如權利要求2的結構穩定性檢測方法，其中，所述填充鉆孔與電極之間的空間包括 填充壓電材料或與目標區域相比具有更大飽和度的材料作為填充材料。
6.如權利要求5的結構穩定性檢測方法，其中，壓電材料包括石英、陶瓷、硫酸鋰、偏鈮酸鉛和鈦酸鋇中至少之ー。
7.如權利要求I的結構穩定性檢測方法，其中，所述通過電極測量微電勢差由通過電線連接到每個電極的測量裝置執行。
8.如權利要求I的結構穩定性檢測方法，其中，所述基于測量到的微電勢差判斷目標區域的結構穩定性包括 通過將測量到的微電勢差與測試值相比較來判斷目標區域的結構穩定性，測試值與施加到填充材料的力產生微電勢差的特性相關。
9.如權利要求8的結構穩定性檢測方法，其中，獲得測量到的微電勢差，以形成沿著深度方向對應于電極的位置的曲線。
10.ー種用于檢測目標區域的結構穩定性的設備，包括 非導電的托架，沿著長度方向延伸，使得托架設置在鉆孔內，所述鉆孔沿著深度方向鉆于目標區域中； 多個電極，沿著長度方向設置在托架上； 填充材料，圍繞所述電極；和 測量裝置，電連接到每個電極，從而基于在電極中測量到的微電勢差來判斷目標區域是否變形。
11.如權利要求10的結構穩定性檢測設備，其中，托架包括多個可拆卸地聯接的桿。
12.如權利要求10的結構穩定性檢測設備，其中，填充材料包括壓電材料或與目標區域相比具有更大飽和度的材料。
13.如權利要求12的結構穩定性檢測設備，其中，壓電材料包括石英、陶瓷、硫酸鋰、偏鈮酸鉛和鈦酸鋇中至少之ー。
14.如權利要求10的結構穩定性檢測設備，其中，測量裝置包括用于傳送目標區域的變形狀態的判斷結果的發送器。
全文摘要
本發明公開了用于檢測目標區域的結構穩定性的方法和設備。用于檢測目標區域的結構穩定性的方法包括將多個電極沿著目標區域的深度方向設置在目標區域中，所述電極由填充材料圍繞；通過電極測量微電勢差，當填充材料根據目標區域的變化因力而變形時，產生微電勢差；和基于測量到的微電勢差，判斷目標區域的結構穩定性。
文檔編號G01B7/16GK102645155SQ20111032920
公開日2012年8月22日 申請日期2011年10月26日 優先權日2011年2月18日
發明者千大成, 宋源庚, 鄭龍福 申請人:韓國地質資源研究院