專利名稱：巖土體內部位移量測系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種巖土體內部位移量測系統。
背景技術：
巖土體模型試驗是巖土工程應用及研究中非常重要的一種手段，具有準確直觀、同實際情況符合性好等優點，近些年來被廣泛使用。巖土體模型試驗的一個重要環節就是巖土體內部的數據采集。但是對于巖土體內部的很多信息的采集非常困難，尤其是巖土體內部的位移場變化數據的準確采集，一直缺少簡便而精確的手段。申請號為201010607907.6的中國專利公開了一種可用于現場測量井巷、隧道及
地基工程中圍巖或基礎內部沿鉆孔軸向位移量的巖土鉆孔多點位移計，主要由錨頭、外伸型或凸起狀彈簧片和測尺組成。在施工現場有條件鉆孔的位置可以進行測量，但成本較高，本身所需要的空間較大，不便于應用在巖土體模型試驗中。申請號為201010203996.8的中國專利公開了一種基于霍爾效應的巖土地下位移測量方法及裝置，是由多個測量單元(由永磁體或電磁鐵，霍爾傳感器組成)串接而成。根據霍爾傳感器的輸出電壓的變化計算得到兩個相鄰測量單元的位移量和位移方向，從而得到巖土地下位移量和位移方向。但測·量單元體積較大，不適合用在按一定相似比縮小的巖土體模型試驗中，而且布設要求較高，對傳感器的穩定性要求也較高，成本也較高。申請號為201010607907.6的中國專利公開了一種巖土體表面位移實時監測裝置及監測方法，用于基坑或邊坡等巖土體的位移或變形監測，其包括:基準點錨固系統、測量系統和數據采集系統。只可實現巖土體表面位移的監測，但對其內部的位移無法直接進行測量，且只能用于現場監測。申請號為200720185351.X的中國專利公開了一種量測巖土體兩點間距離變化的巖土位移直讀儀，它包括測線、固定基座、讀數窗口、尺盤、固定外殼、收緊彈簧、軸和繞線盤。此專利雖然結構簡單，但自動化程度低，只能人工讀數，工作量大，受到施工現場和試驗條件的限制。申請號為200810138973的中國專利公開了一種用于地質力學模型試驗的微型內置懸臂梁式位移計，包括彈簧片、合金絲繩、應變片、調節螺栓、固定裝置、信號接收處理裝置等，合金絲繩的兩端分別連接于彈簧片上端和模型內部測點處。該位移測量系統為機械式原理測量，精度不高，無法自動化測量。現有的與本發明相近的技術針對巖土工程施工或運營現場測量的居多，而且體積較大，成本高，不適用于按一定相似比縮小的巖土體模型試驗。已有的可用于巖土體模型試驗的測量系統在對巖土體的擾動性、精度、操作性及自動化程度上還有很大欠缺。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種適用于巖土體模型試驗的巖土體內部位移量測系統，該系統能實現巖土體內部位移量測的低擾動、高精度和數據的自動采集、傳輸與記錄。為解決上述技術問題，本發明巖土體內部位移量測系統包括測量單元，測量單元與數據采集單元連接，數據采集單元與終端設備連接；測量單元包括錨固頭，錨固頭通過合金絲與一光柵尺連接，光柵尺與數據采集單元連接。埋入巖土介質的錨固頭體積小、重量輕，與介質貼合緊密，與周圍介質發生相同方向和大小的位移；合金絲本身變形小，與介質的摩阻系數非常小，對巖土體本身性質擾動小，所獲得的位移結果更接近實際值；光柵尺的最小測量單位可以達到y米級別；數據采集單元與終端設備能自動采集、傳輸與記錄所需數據；該系統能實現巖土體內部位移量測的低擾動、高精度和數據的自動采集、傳輸與記錄。優選的，測量單元還包括一支架，支架上固定有滑輪組，合金絲繞在滑輪組上。在巖土體模型試驗儀器或場地限制條件下，可以通過滑輪組來改變合金絲的走向與位置。優選的，數據采集單元連接多個測量單元，數據采集單元集合多個測量單元的信號數據發送至終端設備。數據采集單元具有穩定、靈活、方便的優點，采樣率高，方便與任何終端設備直接相連，可拆裝單元可以根據需要進行模塊化的任意數量的組裝。優選的，錨固頭與合金絲通過一鎖緊螺栓連接。該鎖緊螺栓保證了錨固頭與合金絲不易發生脫離和滑動。優選的，錨固頭面向合金絲的表面設有多個凹槽。該凹槽增加了介質材料對錨固頭的阻力，使錨固頭在介質材料中不容易發生相對位移。優選的，光柵尺包括一固定用的光柵尺支架，光柵尺支架的兩端分別設有向側面延伸的上固定端和下固定端，上固定端和下固定端之間設有一滑動桿，滑動桿上套有一滑動端，滑動端沿滑動桿滑動，合金絲通過合金絲固定螺栓與滑動端固定連接，下固定端連接有一輸出數據線。更進一步的優選，滑動端與下固定端通過一輕質彈簧連接。該輕質彈簧可調節拉力，可以抵消滑動端自重的不利影響，提高測量的精度。滑動桿與滑動端的更進一步的優選配合方案:滑動桿包括一滑動凹槽，滑動凹槽的兩邊設有向滑動端延伸的凸緣；滑動端包括與滑動凹槽相對應的滑動凸塊和與滑動凸塊連接的支撐端，滑動凸塊上設有油槽；滑動凸塊與凸緣之間設有密封塑料片。該配合方案克服了光柵尺在采集位移變化量過程中摩擦力過大的問題。
圖1為本發明巖土體內部位移量測系統的結構示意圖。圖2為圖1所示的巖土體內部位移量測系統的光柵尺的結構示意圖。圖3為圖2所示的光柵尺的滑動桿與滑動端的截面示意圖。圖4為圖1所示的巖土體內部位移量測系統的錨固頭和合金絲的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖，對本發明巖土體內部位移量測系統的具體實施方式
作進一步詳細說明。如圖1所示，本發明巖土 體內部位移量測系統包括測量單元1，測量單元I與數據采集單元2連接，數據采集單元2與終端設備3連接；測量單元I包括錨固頭11，錨固頭11通過合金絲12與一光柵尺13連接，光柵尺13與數據采集單元2連接；測量單元I還包括一支架14，支架上固定有滑輪組15，合金絲12繞在滑輪組15上；數據采集單元2可連接多個測量單元I，數據采集單元2集合多個測量單元I的信號數據發送至終端設備3。如圖2所示，光柵尺13包括一固定用的光柵尺支架131，光柵尺支架131的兩端分別設有向側面延伸的上固定端132和下固定端133，上固定端132和下固定端133之間設有一滑動桿134，滑動桿134上套有一滑動端135，滑動端135沿滑動桿134滑動，合金絲12通過合金絲固定螺栓136與滑動端135固定連接，下固定端133連接有一輸出數據線137 ；滑動端135與下固定端133通過一輕質彈簧138連接。如圖3所示，滑動桿134包括一滑動凹槽1341，滑動凹槽1341的兩邊設有向滑動端135延伸的凸緣1342 ;滑動端135包括與滑動凹槽1341相對應的滑動凸塊1351和與滑動凸塊1351連接的支撐端1352，滑動凸塊1351上設有油槽1353 ;滑動凸塊1351與凸緣1342之間設有密封塑料片1343。如圖4所示 ，錨固頭11與合金絲12通過一鎖緊螺栓16連接，錨固頭11面向合金絲12的表面設有多個凹槽17。在巖土體模型試驗準備階段，先將高強度細合金絲12通過鎖緊螺栓16與錨固頭11連接，然后在裝填巖土體試驗介質的同時將錨固頭11埋置于介質中并將周圍介質壓實，將合金絲12沿與錨固頭11固定時所在的方向引至介質之外。對于介質外部的合金絲12，在需要改變其走向的地方加裝金屬軸承滑輪組15。將合金絲12的另外一端固定于光柵尺13的滑動端135上,上固定端132和下固定端133之間加裝可添加潤滑劑的滑動桿134，滑動端135和下固定端133之間加裝可調節拉力的金屬輕質彈簧138。光柵尺支架131可以通過螺栓或其他卡具固定在試驗反力架、擋板等各種位置。光柵尺13通過特制的輸出數據線137與數據采集單元2連接，其中數據采集單元2可以是USB數據采集設備陣列，光柵尺13通過特制的輸出數據線137與USB數據采集設備陣列的USB數據接收盒連接，USB接收接收盒通過USB數據線或集線器可與任意帶USB接口的終端設備3連接。在試驗過程中，錨固頭11與周圍巖土體介質緊密貼合，隨之產生相同方向與大小的位移，并通過合金絲12與金屬軸承滑輪組15將位移量傳遞給高精度光柵尺13的滑動端135，使之產生相對的位移，這個位移與處于巖土介質內部的錨固頭11沿合金絲12方向的位移大小相同。高精度光柵尺13可以把這種相對位移的變化依據莫爾條紋的形成原理轉化為光信號的變化，并由其內部的接收器接收，通過特制的輸出數據線137傳遞給USB數據采集設備陣列中的USB數據接收盒，并轉化為數字信號。數字信號通過USB數據線被傳遞給終端設備3，進行數據處理、記錄與顯示，一臺終端設備3能通過數據采集單元2的集線裝置采集127個光柵尺13發送的信號數據。整個巖土體內部位移量測系統可以通過終端設備3上安裝的專用軟件對系統進行實時的自動化控制與數據采集、處理、記錄及顯示，輸出的數據可以直接顯示成為帶時間變量的表格或曲線，還支持直接輸出到excel等商業軟件中。埋入巖土介質的錨固頭體積小、重量輕，與介質貼合緊密，與周圍介質發生相同方向和大小的位移；合金絲本身變形小，與介質的摩阻系數非常小，對巖土體本身性質擾動小，所獲得的位移結果更接近實際值；光柵尺的最小測量單位可以達到μ米級別；數據采集單元與終端設備能自動采集、傳輸與記錄所需數據；該系統能實現巖土體內部位移量測的低擾動、高精度和數據的自動采集、傳輸與記錄。以上對本發明實施例所提供的巖土體內部位移量測系統進行了詳細介紹，對于本領域的一般技術人員，依據本發明實施例的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制，凡依本發明設計思想所做的任何改變都在本發明的保護范 圍之內。
權利要求
1.一種巖土體內部位移量測系統，包括測量單元(I)，所述測量單元(I)與數據采集單元(2)連接，所述數據采集單元(2)與終端設備(3)連接，其特征在于:所述測量單元(I)包括錨固頭(11)，所述錨固頭(11)通過合金絲(12)與一光柵尺(13)連接，所述光柵尺(13)與所述數據采集單元(2)連接。
2.根據權利要求1所述的巖土體內部位移量測系統，其特征在于:所述測量單元(I)還包括一支架(14)，所述支架上固定有滑輪組(15)，所述合金絲(12)繞在所述滑輪組(15)上。
3.根據權利要求1所述的巖土體內部位移量測系統，其特征在于:所述數據采集單元(2)連接多個所述測量單元(I)，所述數據采集單元(2)集合多個所述測量單元(I)的信號數據發送至終端設備(3)。
4.根據權利要求1所述的巖土體內部位移量測系統，其特征在于:所述錨固頭(11)與所述合金絲(12)通過一鎖緊螺栓(16)連接。
5.根據權利要求1所述的巖土體內部位移量測系統，其特征在于:所述錨固頭(11)面向合金絲(12)的表面設有多個凹槽(17)。
6.根據權利要求1所述的巖土體內部位移量測系統，其特征在于:所述光柵尺(13)包括一固定用的光柵尺支架(131)，所述光柵尺支架(131)的兩端分別設有向側面延伸的上固定端(132)和下固定端(133)，所述上固定端(132)和所述下固定端(133)之間設有一滑動桿(134)，所述滑動桿(134)上套有一滑動端(135)，所述滑動端(135)沿所述滑動桿(134)滑動，所述合金絲(12)通過合金絲固定螺栓(136)與所述滑動端(135)固定連接，所述下固定端(133)連接有一輸出數據線(137)。
7.根據權利要求6所述的巖土體內部位移量測系統，其特征在于:所述滑動端(135)與所述下固定端(133)通過一輕質彈簧(138)連接。
8.根據權利要求6所述的巖土體內部位移量測系統，其特征在于:所述滑動桿(134)包括一滑動凹槽(1341)，所述滑動凹槽(1341)的兩邊設有向所述滑動端(135)延伸的凸緣(1342);所述滑動端(135)包括與所述滑動凹槽(1341)相對應的滑動凸塊(1351)和與所述滑動凸塊(1351) 連接的支撐端(1352)，所述滑動凸塊(1351)上設有油槽(1353);所述滑動凸塊(1351)與所述凸緣(1342)之間設有密封塑料片(1343)。
全文摘要
本發明涉及一種巖土體內部位移量測系統。本發明包括測量單元，測量單元將信號發送至數據采集單元，數據采集單元與終端設備連接；測量單元包括錨固頭，錨固頭通過合金絲與一光柵尺連接，光柵尺與數據采集單元連接。埋入巖土介質的錨固頭體積小、重量輕，與介質貼合緊密，與周圍介質發生相同方向和大小的位移；合金絲本身變形小，與介質的摩阻系數非常小，對巖土體本身性質擾動小，所獲得的位移結果更接近實際值；光柵尺的最小測量單位可以達到μ米級別；數據采集單元與終端設備能自動采集、傳輸與記錄所需數據；該系統能實現巖土體內部位移量測的低擾動、高精度和數據的自動采集、傳輸與記錄。
文檔編號G01B11/02GK103245294SQ201210026718
公開日2013年8月14日 申請日期2012年2月7日 優先權日2012年2月7日
發明者朱合華, 武威, 徐前衛, 王安民, 朱寶林, 春軍偉, 蔡永昌, 莊曉瑩 申請人:同濟大學