一种基于差分原理的地基沉降监测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于差分原理的地基沉降方法，包括有激光测距仪、分光镜和靶板，所述激光测距仪发射单束光，通过所述分光镜分解为水平且相互平行的上平行光和下平行光，在所述靶板上形成光斑，该激光测距仪分别感知并测量平行光的光程，当地基沉降发生时，靶板上光斑位置和平行光的光程发生变化，则地基的沉降量Δ为：Δ＝(s2’‑s1’‑s0)tanθ/2，s0＝s2‑s1；其中，s1为上平行光的初始光程，s2为下平行光的初始光程，s0为初始光程差，s1′为沉降后上平行光的光程，s2′为沉降后下平行光的光程，θ为靶板与水平线的夹角。本发明专利技术具有施工方便、成本低、能耗低、监测精度高和运行稳定可靠等优点，特别适用于长距离盾构隧道的变形、大型基坑和风电场的大范围基础冲刷的长期监测。

A subgrade settlement monitoring method based on the difference principle

The invention discloses a method based on differential principle foundation settlement method, including a laser rangefinder, a spectroscope and the target plate, the laser rangefinder launched a single beam through the beam splitter is decomposed into parallel and horizontal parallel light and parallel light, form a spot in the target board. The optical path of laser rangefinder respectively sensing and measuring parallel light, when the settlement of the foundation, on the target plate optical path and parallel light spot position changes, then the foundation settlement amount: delta delta = (S2 'S1' S0) Tan 0 /2 S0 = S2 S1; among them, the initial for the parallel light path S1, S2 is the initial path of parallel light, S0 is the initial optical path difference, path S1 'is a settlement after the parallel light path, S2' for settlement after the parallel light, theta as target plate and horizontal angle. The invention has the advantages of convenient construction, low cost, low energy consumption, high monitoring accuracy and stable and reliable operation, etc., and is especially suitable for long distance shield tunnel deformation, long term monitoring of large scale foundation pit and large-scale foundation scour of wind farms.

【技术实现步骤摘要】
一种基于差分原理的地基沉降监测方法
本专利技术涉及工程结构性态检测与监测，具体涉及一种基于差分原理的地基沉降监测方法，属于土木工程

技术介绍
沉降监测是公路、铁路、隧道、高层建筑、基坑以及风电场中确保施工安全、工程质量及运营安全的重要手段。长期持续进行沉降监测，并对监测结果进行分析，可以及时发现和查明引起差异沉降的原因。沉降监测要求采用高精度仪器、较长的监测时间、稳定的观测点点位和固定的设备。目前业内主要使用水准仪或全站仪建立高程控制网测量沉降，并已在各类工程中得到广泛应用；但是该方法存在工作效率低、设备成本高、不能实时反馈数据的问题，因而影响了该沉降测量方法的普及。因此有必要研发一种低成本、低功耗同时具有高可靠性、适合普及的地基沉降监测方法。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足和缺陷，本专利技术的目的在于，提供一种低能耗、低成本、高可靠性的地基沉降监测方法，提高工作效率，降低设备成本，能够实时反馈数据，达到长期持续对地基沉降进行监测的目的。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种基于差分原理的地基沉降监测方法，包括有激光测距仪、分光镜和靶板，所述激光测距仪发射单束光，通过所述分光镜分解为水平且相互平行的上平行光和下平行光，在所述靶板上形成光斑，该激光测距仪分别感知并测量平行光的光程，当地基沉降发生时，靶板上光斑位置和平行光的光程发生变化，则地基的沉降量Δ为：Δ＝(s2’-s1’-s0)tanθ/2，s0＝s2-s1；其中，s1为上平行光的初始光程，s2为下平行光的初始光程，s0为初始光程差，s1′为沉降后上平行光的光程，s2′为沉降后下平行光的光程，θ为靶板与水平线的夹角。进一步，所述的地基沉降监测方法包括下列具体步骤：1)安装激光测距仪和分光镜，激光测距仪发射单束激光束，分光镜将该单束激光束分解为水平且相互平行的上平行光和下平行光；2)将靶板固定在测点处，该靶板为反对称交叉板且该交叉板与水平线的夹角为θ，调整靶板的位置和方向，使上平行光和下平行光分别在交叉板的交叉点的上下形成上光斑和下光斑；3)激光测距仪测量上平行光和下平行光的光程，并记录上平行光和下平行光的初始光程和初始光程差：s0＝s2-s1；其中，s1为上平行光的初始光程，s2为下平行光的初始光程，s0为初始光程差；4)当地基沉降发生时，激光测距仪连续监测并记录沉降后变化的上平行光的光程和下平行光的光程，并且根据下列公式连续计算地基的沉降量：Δ＝(s2’-s1’-s0)tanθ/2，其中，Δ为地基的沉降量，s1′为沉降后上平行光的光程，s2′为沉降后下平行光的光程，θ为靶板与水平线的夹角。进一步，所述的步骤1)中，所述激光测距仪和分光镜固定在密封箱中，密封箱固定在所述测点附近。进一步，所述的步骤4)中，所述上平行光形成的上光斑和所述下平行光形成的下光斑始终分别处于所述靶板的交叉板的交叉点的上方和下方。进一步，所述的靶板始终保持水平，具有自动消除自身转角影响的特性。进一步，所述的靶板与水平线的夹角θ为45°，或60°，或θ为小于90°的任意角度。进一步，所述的激光测距仪发射的单束光在所述分光镜上的入射角为45°，所述分光镜将一束入射光分成两束相互平行的光，且所述两束光各占原入射光50％。与现有技术相比，本专利技术取得了如下有益效果：1)本专利技术具有施工方便、成本低、能耗低、系统可靠等特点，适合地基沉降的低成本长期监测。2)测点之间不相互影响，且安装拆除方便，适合大范围、大规模使用。3)所述监测方法基于差分原理，利用沉降量与光程差之间的物理关系，因而确保了监测结果的科学、准确和有效。附图说明图1是本专利技术的测量装置示意图。图2是本专利技术的监测原理图。具体实施方式本专利技术所述基于差分原理的地基沉降监测方法包括有激光测距仪、分光镜和靶板；请参阅图1，所述激光测距仪1和分光镜2固定在密封箱4中，该密封箱4固定在地基沉降监测的测点附近。所述的靶板3具有自动消除自身转角影响的特性，始终保持水平，该靶板3包括反对称交叉板，该交叉板由两块平板在中点上交叉连接形成X形，该两块平板与水平线的夹角为θ，θ＝45°，或θ＝60°，或θ为小于90°的任意角度。所述激光测距仪1发射竖向单束激光束，该激光束选用有色光；所述激光束以45°入射角通过所述分光镜2，分解为水平且相互平行的上平行光5和下平行光6，在所述靶板3上形成光斑，所述上平行光5形成的上光斑和所述下平行光6形成的下光斑始终分别处于所述靶板3的交叉板的交叉点的上方和下方；该激光测距仪1分别感知并测量平行光的光程，当地基沉降发生时，所述靶板3上的光斑位置和平行光的光程发生变化，则地基的沉降量Δ为：Δ＝(s2’-s1’-s0)tanθ/2，s0＝s2-s1；其中，s1为上平行光的初始光程，s2为下平行光的初始光程，s0为初始光程差，s1′为沉降后上平行光的光程，s2′为沉降后下平行光的光程，θ为靶板与水平线的夹角。下面将结合实施例和附图对本专利技术进一步详细说明，但本专利技术的实施方式不仅限于此。本专利技术所述地基沉降监测方法包括如下具体步骤：1)安装激光测距仪和分光镜，将单束光分解为两水平的平行光。在密封箱4中固定安装激光测距仪1和分光镜2，密封盒4水平地固定于测点附近，激光测距仪1发射竖向单束激光，到分光镜2的平行四边形棱镜侧面，光束入射角为45°；单束光中50％光发生反射，50％光透射入棱镜后在另一侧面发生全反射，从而单束光分解为水平的上平行光5和下平行光6，该上平行光5和下平行光6相互平行。2)测点处设置耙板，平行光在耙板上形成光斑。将所述靶板3固定在测点处，则所述上平行光5和下平行光6分别在所述耙板3上形成光斑，调整该靶板3的位置和方向，使该上平行光5在所述靶板3交叉板的交叉点的上方形成上光斑，该下平行光6在所述靶板3交叉板的交叉点的下方形成下光斑。3)激光测距仪测量平行光的光程，并记录初始光程差。所述激光测距仪1分别感知并测量所述上平行光5和下平行光6的初始光程，即初始时刻平行光至靶板3的光程，并且得到初始光程差，表达式为：s0＝s2-s1；其中，s1为上平行光的初始光程，s2为下平行光的初始光程，s0为初始光程差。4)连续监测并记录平行光光程，根据光程差连续计算沉降量。当地基沉降发生时，水平的平行光光路不变而所述靶板3的位置变化，上光斑和下光斑在该靶板3上的位置也随之发生变化。请参阅图2，由于所述靶板3具有自动消除自身转角影响的功能，因此交叉板始终保持水平。当测点随沉降而位置变动时，所述靶板3的交叉板向下整体平移，若平移距离为Δ，由于光源位置不变，因此上平行光5的光程s2增加了Δs2，而下平行光6的光程s1减小Δs1，变化后的光程分别用s2’和s1’表示，用s1’,s2’,Δ和θ表示沉降量Δ，则沉降量Δ为：Δ＝(s2’-s1’-s0)tanθ/2；其中，s1′为沉降后上平行光5的光程，s2′为沉降后下平行光6的光程，θ为靶板与水平线的夹角。特别的，当θ＝45deg时，Δ＝(s2’-s1’-s0)/2；当θ＝60deg时，在地基沉降监测过程中，平行光投射在所述靶板3上的光斑始终分别位于交叉板的交叉点的上下两边。本专利技术基于差分原理，利用分光镜2将单束光分解为平行光，并利用靶板3沉降量与光程差的函数关系监测地基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于差分原理的地基沉降监测方法，其特征在于：包括有激光测距仪、分光镜和靶板，所述激光测距仪发射单束光，通过所述分光镜分解为水平且相互平行的上平行光和下平行光，在所述靶板上形成光斑，该激光测距仪分别感知并测量平行光的光程，当地基沉降发生时，靶板上光斑位置和平行光的光程发生变化，则地基的沉降量Δ为：Δ＝(s2’‑s1’‑s0)tanθ/2，s0＝s2‑s1；其中，s1为上平行光的初始光程，s2为下平行光的初始光程，s0为初始光程差，s1′为沉降后上平行光的光程，s2′为沉降后下平行光的光程，θ为靶板与水平线的夹角。

【技术特征摘要】
1.一种基于差分原理的地基沉降监测方法，其特征在于：包括有激光测距仪、分光镜和靶板，所述激光测距仪发射单束光，通过所述分光镜分解为水平且相互平行的上平行光和下平行光，在所述靶板上形成光斑，该激光测距仪分别感知并测量平行光的光程，当地基沉降发生时，靶板上光斑位置和平行光的光程发生变化，则地基的沉降量Δ为：Δ＝(s2’-s1’-s0)tanθ/2，s0＝s2-s1；其中，s1为上平行光的初始光程，s2为下平行光的初始光程，s0为初始光程差，s1′为沉降后上平行光的光程，s2′为沉降后下平行光的光程，θ为靶板与水平线的夹角。2.根据权利要求1所述的基于差分原理的地基沉降监测方法，其特征在于：所述的地基沉降监测方法包括下列具体步骤：1)安装激光测距仪和分光镜，激光测距仪发射单束激光束，分光镜将该单束激光束分解为水平且相互平行的上平行光和下平行光；2)将靶板固定在测点处，该靶板为反对称交叉板且该交叉板与水平线的夹角为θ，调整靶板的位置和方向，使上平行光和下平行光分别在交叉板的交叉点的上下形成上光斑和下光斑；3)激光测距仪测量上平行光和下平行光的光程，并记录上平行光和下平行光的初始光程和初始光程差：s0＝s2-s1；其中，s1为上平行光的初始光程，s2为下平行光的初始光程，s0为初始光...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵鸣，唐冬玥，
申请(专利权)人：赵鸣，
类型：发明
国别省市：上海,31