一种地基沉降监测仪及监测方法技术

本发明专利技术提供一种地基沉降监测仪，包括多个水平设置的沉降监测单元、基座及测量电路；每一沉降监测单元包括外管、内管和六轴陀螺仪，外管设有外导轨凹槽，内管设有内导轨凹槽，内管插入外管内可相对滑动，且内导轨凹槽卡入外导轨凹槽内，六轴陀螺仪设置于内管轴线，外管的端部和内管的端部其中之一设有万向球头、另一设有万向接头；基座固定于地基上，所有沉降监测单元依次首尾连接，位于一端的沉降监测单元与基座固定连接；测量电路分别连接各六轴陀螺仪，获取每一沉降监测单元的俯仰角和航向角、计算每一沉降监测单元的位移量和地基沉降位移。本发明专利技术的有益效果：可以获得平面上连续的地基沉降变形监测数据，在开挖受限的条件下直接铺设使用。

【技术实现步骤摘要】
一种地基沉降监测仪及监测方法
本专利技术涉及土木工程地基变形监测
，尤其涉及一种地基沉降监测仪及监测方法。
技术介绍
地基变形监测是获取建(构)筑物地基健康状况的重要手段，是工程建筑寿命全周期监测的重要组成部分。地基沉降监测是地基变形监测的核心内容之一，是考察地基在自身重力、基础荷载以及外部因素作用下，地基岩土体变形变化特征的主要手段。地基沉降监测是分析地基变形层位和变形机理的重要过程，对地基沉降变形观测和研究具有关键作用。地基沉降监测目前主要使用分层沉降仪，其方法是在地基施工过程中预埋导管或利用钻机在地基中钻进至预定深度；将分层沉降仪支撑脚用可溶解绳索捆扎，按照设计要求下放至导管或钻孔中；注水将绳索溶解，使沉降仪支撑脚固定在地基上；标定孔口高度，用干净的细沙回填导管或钻孔；获取沉降仪竖直方向的变形信息，得到地基不同深度部位岩土体的沉降量。现有的分层沉降仪存在以下几点问题：①分层沉降仪需要对地基开挖，对于有开挖限制的地基无法应用。②分层沉降仪是在选定的若干点位进行监测，在空间上是不连续的，无法获取平面上连续的沉降观测数据。③分层沉降仪最长拉杆的拉伸量是整个地基观测深度的变形量，但受其量程限制，可允许观测的变形量较小，一般为20-30cm。
技术实现思路
有鉴于此，为了解决目前地基沉降监测采用分层沉降仪存在的上述问题，本专利技术的实施例提供了一种地基沉降监测仪。本专利技术的实施例提供一种地基沉降监测仪，包括多个水平设置的沉降监测单元、基座及测量电路；每一所述沉降监测单元包括外管、内管和六轴陀螺仪，所述外管管壁设有多道外导轨凹槽，所述内管管壁设有多道内导轨凹槽，所述内管插入所述外管内，且每一所述内导轨凹槽卡入一所述外导轨凹槽内，使所述内管和所述外管可相对滑动，所述六轴陀螺仪设置于所述内管内部且位于其轴线上，所述外管的端部和所述内管的端部其中之一设有万向球头、另一设有万向接头；所述基座固定设置于地基上，所有沉降监测单元依次首尾连接，任意相邻两所述沉降监测单元之间通过万向球头和万向接头连接，位于一端的所述沉降监测单元与所述基座固定连接；所述测量电路分别连接各所述沉降监测单元的六轴陀螺仪，用于获取每一所述沉降监测单元的俯仰角和航向角、根据几何关系计算每一所述沉降监测单元的位移量、并对各所述沉降监测单元的位移量求和计算出地基沉降位移。进一步地，还包括计算机，所述计算机连接所述测量电路，所述计算机用于获取地基沉降位移并与预设的沉降阈值进行比较，在地基沉降位移大于预设的沉降阈值时发出警报。进一步地，所述外导轨凹槽的数量为两个，两所述外导轨凹槽相对所述外管的轴线对称；所述内导轨凹槽的数量为两个，两所述内导轨凹槽相对所述内管的轴线对称。进一步地，所述沉降监测单元外部包裹有编织网管。进一步地，所述万向球头上套设有空心螺帽，所述万向接头端部设有螺纹接头，所述万向球头通过所述空心螺帽与所述万向接头的螺纹接头连接。进一步地，所述基座上设有多个固定螺栓孔，并通过螺栓与所述固定螺栓孔固定于地基上，所述基座上还设有万向接头，所述万向接头与一所述沉降监测单元的万向球头连接。本专利技术的实施例还提供了一种地基沉降监测方法，使用上述的地基沉降监测仪，且包括以下步骤：S1布设所述基座和和所述沉降监测单元，具体为：将所述基座固定于地基上的不变形点位处，依次连接各所述沉降监测单元，使各所述沉降监测单元保持水平，并将位于一端的所述沉降监测单元与所述基座固定连接；S2地基发生沉降变形使各所述沉降监测单元倾斜，每一所述沉降监测单元的外管和内管之间发生相对滑动，所述六轴陀螺仪探测到每一所述沉降监测单元的俯仰角和航向角，并以数字信号的方式输出至所述测量电路；S3所述测量电路获取每一所述沉降监测单元的俯仰角和航向角、根据几何关系计算每一所述沉降监测单元的位移量、并对各所述沉降监测单元的位移量求和计算出地基沉降位移，具体为：对所述沉降监测单元进行编号，最接近所述沉降监测仪基座的所述沉降监测单元编号为1，向外依次递增n，n为所述沉降监测单元的个数，建立以所述沉降监测单元的右手坐标系，定义沉降监测单元i中六轴陀螺仪输出的俯仰角为αi，输出的航向角为βi；定义地基竖直方向位移为Δz，水平方向位移为Δh，合位移为Δ；定义每一所述沉降监测单元远离基座的一端为末端，每一所述沉降监测单元的末端位移量的计算方法具体为：对于所述沉降监测单元i由几何关系可知：Δz＝l×tanαi；Δhi＝l×tanβi；式中：Δzi为沉降监测单元i末端的竖直位移量；Δhi为沉降监测单元i末端的水平位移量；Δi为沉降监测单元i末端的总位移量；l为沉降监测单元长度；地基的沉降位移由对每个沉降监测单元的位移求和得到，公式如下：本专利技术的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)本专利技术的一种地基沉降监测仪及其监测方法，各沉降监测单元沿着水平方向连续布设，可以获得平面上连续的地基沉降变形监测数据。(2)对于已建成的建(构)筑物可直接铺设使用该地基沉降仪进行地基表层沉降的测量，可应用于限制开挖(或钻孔)地基的沉降监测。(3)采用多个沉降监测单元，对于地基沉降监测的量程大于现有的分层沉降仪。(4)可预设地基沉降阈值，当地基沉降达到阈值时，智能触发沉降预警，向决策部门和地基变形影响范围内人员提供预警信息。(5)采用自动化、智能化电子监测设备，实现地基沉降量的自动监测，减少人员的工作量，提高预警效率。附图说明图1是本专利技术一种地基沉降监测仪的沉降监测单元的结构示意图；图2是图1中外管2的结构示意图；图3是图2中外管2的截面示意图；图4是图2中空心螺帽9的结构示意图；图5是图1中内管3的结构示意图；图6是图5中内管3的截面示意图；图7是本专利技术一种地基沉降监测仪的基座的俯视图；图8是本专利技术一种地基沉降监测仪的基座的主视图；图9是六轴陀螺仪以沉降监测单元轴线远离沉降监测仪基座方向为Y轴正方向建立的右手坐标系示意图。图中：1-沉降监测单元、2-外管、3-内管、4-外导轨凹槽、5-内导轨凹槽、6-六轴陀螺仪、7-万向球头、8-万向接头、9-空心螺帽、10-螺纹接头、11-基座、12-固定螺栓孔。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。请参考图1，本专利技术的实施例提供了一种地基沉降监测仪，主要适用于大开挖分层回填地基以及限制开挖(或钻孔)地基的沉降监测，其具体包括多个水平设置的沉降监测单元1、基座11及测量电路。请参考图2、3、5和6，每一所述沉降监测单元包括外管2、内管3和六轴陀螺仪6。这里所述外管2和内管3均为圆筒结构，所述外管2的内径与所述内管3的外径近似相同。所述外管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地基沉降监测仪，其特征在于：包括多个水平设置的沉降监测单元、基座及测量电路；/n每一所述沉降监测单元包括外管、内管和六轴陀螺仪，所述外管管壁设有多道外导轨凹槽，所述内管管壁设有多道内导轨凹槽，所述内管插入所述外管内，且每一所述内导轨凹槽卡入一所述外导轨凹槽内，使所述内管和所述外管可相对滑动，所述六轴陀螺仪设置于所述内管内部且位于其轴线上，所述外管的端部和所述内管的端部其中之一设有万向球头、另一设有万向接头；/n所述基座固定设置于地基上，所有沉降监测单元依次首尾连接，任意相邻两所述沉降监测单元之间通过万向球头和万向接头连接，位于一端的所述沉降监测单元与所述基座固定连接；/n所述测量电路分别连接各所述沉降监测单元的六轴陀螺仪，用于获取每一所述沉降监测单元的俯仰角和航向角、根据几何关系计算每一所述沉降监测单元的位移量、并对各所述沉降监测单元的位移量求和计算出地基沉降位移。/n

【技术特征摘要】
1.一种地基沉降监测仪，其特征在于：包括多个水平设置的沉降监测单元、基座及测量电路；
每一所述沉降监测单元包括外管、内管和六轴陀螺仪，所述外管管壁设有多道外导轨凹槽，所述内管管壁设有多道内导轨凹槽，所述内管插入所述外管内，且每一所述内导轨凹槽卡入一所述外导轨凹槽内，使所述内管和所述外管可相对滑动，所述六轴陀螺仪设置于所述内管内部且位于其轴线上，所述外管的端部和所述内管的端部其中之一设有万向球头、另一设有万向接头；
所述基座固定设置于地基上，所有沉降监测单元依次首尾连接，任意相邻两所述沉降监测单元之间通过万向球头和万向接头连接，位于一端的所述沉降监测单元与所述基座固定连接；
所述测量电路分别连接各所述沉降监测单元的六轴陀螺仪，用于获取每一所述沉降监测单元的俯仰角和航向角、根据几何关系计算每一所述沉降监测单元的位移量、并对各所述沉降监测单元的位移量求和计算出地基沉降位移。


2.如权利要求1所述的一种地基沉降监测仪，其特征在于：还包括计算机，所述计算机连接所述测量电路，所述计算机用于获取地基沉降位移并与预设的沉降阈值进行比较，在地基沉降位移大于预设的沉降阈值时发出警报。


3.如权利要求1所述的一种地基沉降监测仪，其特征在于：所述外导轨凹槽的数量为两个，两所述外导轨凹槽相对所述外管的轴线对称；所述内导轨凹槽的数量为两个，两所述内导轨凹槽相对所述内管的轴线对称。


4.如权利要求1所述的一种地基沉降监测仪，其特征在于：所述沉降监测单元外部包裹有编织网管。


5.如权利要求1所述的一种地基沉降监测仪，其特征在于：所述万向球头上套设有空心螺帽，所述万向接头端部设有螺纹接头，所述万向球头通过所述空心螺帽与所述万向接头的螺纹接头连接。


6.如权利要求1所述的一种地基沉降监测仪，其特征在于：所述基座上设有...

【专利技术属性】
技术研发人员：严亮轩，殷坤龙，李德营，桂蕾，赵斌滨，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北;42