CN108978696A - 一种沉井封底防渗及位移监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种沉井封底防渗及位移监测装置，包括隔水薄板、位移监测装置；所述位移监测装置包含依次连接的第一杆、第一压力传感器、分布式光纤、第二压力传感器和第二杆，所述隔水薄板水平放置，所述分布式光纤水平放在隔水薄板上表面，所述第一杆和第二杆竖直放置，所述分布式光纤可以监测隔水薄板上表面的应变。本发明的有益效果是减缓承压水造成沉井封底渗漏的问题，另外可以监测沉井封底是否有渗漏，同时监测沉井封底中隔水薄板的位移和应力从而预警沉井封底下方过大的承压水压力。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程研究领域,尤其涉及一种沉井封底防渗及位移监测装置。
背景技术
沉井基础是地下结构物的一种形式，其特点是先在地表制作井筒状的沉井，然后在井内持续挖土使沉井在自重作用下逐渐下沉至指定标高，然后封底。封底可以防止地下水流入沉井中。在地下水丰富的地区采用沉井基础时，为了平衡地下的承压水的影响，通常采用导管法浇筑混凝土进行封底，但是若承压水压力过大会造成封底困难，承压水压力过大会导致封底变形开裂。
发明内容
本发明为了减缓承压水造成沉井封底渗漏开裂的问题，以及为了检测沉井封底的位移和应力从而预警过大的承压水压力，本发明提供了一种沉井封底防渗及位移监测装置。
本发明的技术方案：一种沉井封底防渗及位移监测装置，包括隔水薄板、位移监测装置；所述位移监测装置包含数据采集分析***、光纤解调仪以及依次连接的第一杆、第一压力传感器、分布式光纤、第二压力传感器和第二杆，所述数据采集分析***、光纤解调仪和分布式光纤依次连接，所述数据采集分析***分别与第一压力传感器和第二压力传感器连接，所述隔水薄板水平放置，所述分布式光纤水平放在隔水薄板上表面，所述第一杆和第二杆竖直放置。所述分布式光纤可以监测隔水薄板上表面的应变。
优选的，所述隔水薄板为圆形，所述光纤通过隔水薄板的圆心，且光纤中点和隔水薄板圆心重合。
优选的，所述第一压力传感器和第一压力传感器为压电陶瓷制成。
优选的，所述沉井封底防渗及位移监测装置配有直流电源和电流计，在隔水薄板边缘设置测量电阻的正极接入点和负极接入点，正极接入点和直流电源的正极连接，直流电源的负极、电流计和负极接入点依次连接，通过直流电源的电压U和电流计测得的电流I计算电阻R，有通过监测电阻R的变化来判断沉井封底是否有渗漏，例如电阻R突然减小表明有渗漏发生。
一种沉井封底防渗及位移监测装置的防渗及位移监测方法，包括下述步骤：
步骤1：沉井的横截面为圆形，隔水薄板为圆形；沉井下端有封底加固层，封底加固层可以为混凝土浇筑而成或者为水泥和土搅拌而成，封底加固层具有抵抗沉井底部水压力和防渗作用，在封底加固层中水平安放有隔水薄板，隔水薄板可以增强沉井封底的防渗能力，第一压力传感器和第二压力传感器分别位于分布式光纤两端的上部，第一杆的一端与第一压力传感器连接而另一端与沉井底部连接，第二杆的一端与第二压力传感器连接而另一端与沉井底部连接，隔水薄板可以防止地下承压水沿封底加固层裂缝入渗；
步骤2：位移监测：首先测量第一杆和第二杆的压缩量，设第一杆长度为L1，设第二杆长度为L2，设第一杆杨氏模量为E1，设第二杆杨氏模量为E2，设第一压力传感器测得的应力为σ1，设第二压力传感器测得的应力为σ2，设第一杆的压缩量为Δs1，设第二杆的压缩量为Δs2，则有第一杆的压缩量为第二杆的压缩量为然后测量分布式光纤中点相对第一压力传感器的相对竖向位移w1，测量分布式光纤中点相对第二压力传感器的相对竖向位移w2，则分布式光纤中点相对自身两端的平均相对竖向位移为wo＝(w1+w2)/2，最后计算隔水薄板中心的绝对竖向位移为w＝wo+(Δs1+Δs2)/2；
步骤3：检验隔水薄板的应力是否超过隔水薄板强度：设圆形隔水薄板的半径为R，设圆形隔水薄板的板厚为h，设圆形隔水薄板的杨氏模量为E，设圆形隔水薄板的泊松比为v，取圆形隔水薄板圆心处的位移为测量得到的分布式光纤中点相对分布式光纤两端的平均相对位移wo，然后设隔水薄板中的最大应力为σmax且计算公式为设隔水薄板的强度为[σ]，当σmax≥[σ]时表明隔水薄板内的应力超过了自身强度，即地下承压水引起封底加固层和隔水薄板变形过大且隔水薄板已破坏，这样可以为承压水对沉井封底压力过大提供预警；
步骤4：检验沉井封底是否有渗漏：在隔水薄板边缘设置电阻测量的正极接入点和负极接入点，正极接入点和直流电源的正极连接，直流电源的负极、电流计和负极接入点依次连接，通过直流电源的电压U和电流计测得的电流I计算电阻R，有通过监测电阻R的变化来判断沉井封底是否有渗漏，例如电阻R突然减小表明有渗漏发生。
优选的，所述步骤2中测量相对竖向位移w1的方式为：首先将分布式光纤中点至第一压力传感器所在的光纤端点平均分为n段，分布式光纤中每一分段的长度为Δl，当圆形隔水薄板的半径为R时，有Δl＝R/n，记第一压力传感器所在的光纤端点为节点1，记分布式光纤中点对应的节点为n+1，从节点1往节点为n+1方向的节点依次记为1,2,3,Λ,n,n+1，设分布式光纤第i节点测量得到的应变为εi，则分布式光纤中点相对第一压力传感器所在的光纤端点的相对竖向位移w1的计算公式为分布式光纤中点相对第二压力传感器所在光纤端点的相对竖向位移w2的计算过程与w1的计算过程相同。
本发明的有益效果是减缓承压水造成沉井封底渗漏的问题，另外可以监测沉井封底是否有渗漏，同时监测沉井封底中隔水薄板的位移和应力从而预警沉井封底下方的承压水压力过大。
附图说明
图1为本发明的隔水薄板、封底加固层和沉井的示意图；
图2为本发明的隔水薄板纵断面示意图；
图3为本发明的隔水薄板俯视图。
图4为本发明的数据采集分析***和分布式光纤以及压力传感器连接示意图。
图中1.地基土层，2.沉井，3.隔水薄板，4.封底加固层，5.分布式光纤，6.第一杆，7.第二杆，8.第一压力传感器，9.第二压力传感器，10.直流电源，11.电流计，12.正极接入点，13.负极接入点，14.光纤解调仪，15.数据采集分析***。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1-图3中一种沉井封底防渗及位移监测装置，包括隔水薄板3、位移监测装置；所述位移监测装置包含数据采集分析***15、光纤解调仪14以及依次连接的第一杆6、第一压力传感器8、分布式光纤5、第二压力传感器9和第二杆7，所述数据采集分析***15、光纤解调仪14和分布式光纤5依次连接，所述数据采集分析***15分别与第一压力传感器8和第二压力传感器9连接，所述隔水薄板3水平放置，所述分布式光纤5水平放在隔水薄板3上表面，所述第一杆6和第二杆7竖直放置；所述分布式光纤5可以监测隔水薄板3上表面的应变；
所述隔水薄板3为圆形，所述分布式光纤5通过隔水薄板3的圆心，且分布式光纤5中点和隔水薄板3圆心重合；
所述沉井封底防渗及位移监测装置配有直流电源10和电流计11，在隔水薄板3边缘设置测量电阻的正极接入点12和负极接入点13，正极接入点12和直流电源10的正极连接，直流电源10的负极、电流计11和负极接入点13依次连接，通过直流电源10的电压U和电流计测得的电流I计算电阻R，有通过监测电阻R的变化来判断沉井封底是否有渗漏，例如电阻R突然减小表明有渗漏发生。
一种沉井封底防渗及位移监测装置的防渗及位移监测方法，包括下述步骤：
步骤1：地基土层1中有沉井2，沉井2的横截面为圆形，隔水薄板3为圆形；沉井2下端有封底加固层4，封底加固,4可以为混凝土浇筑而成或者为水泥和土搅拌而成，封底加固层4具有抵抗沉井2底部水压力和防渗作用，在封底加固层4中水平安放有隔水薄板3，隔水薄板3增强了沉井2封底的防渗能力，第一压力传感器8和第二压力传感器9分别位于分布式光纤5两端的上部，第一杆6的一端与第一压力传感器8连接而另一端与沉井2底部连接，第二杆6的一端与第二压力传感器9连接而另一端与沉井2底部连接，隔水薄板3可以防止地下承压水沿封底加固层4裂缝入渗；
步骤2：位移监测：首先测量第一杆6和第二杆7的压缩量，设第一杆6长度为L1，设第二杆7长度为L2，设第一杆6杨氏模量为E1，设第二杆7杨氏模量为E2，设第一压力传感器8测得的应力为σ1，设第二压力传感器9测得的应力为σ2，设第一杆6的压缩量为Δs1，设第二杆7的压缩量为Δs2，则有第一杆6的压缩量为第二杆7的压缩量为然后测量分布式光纤5中点相对第一压力传感器8的相对竖向位移w1，测量分布式光纤5中点相对第二压力传感器9的相对竖向位移w2，则分布式光纤5中点相对自身两端的平均相对竖向位移为wo＝(w1+w2)/2，最后计算隔水薄板3中心的绝对竖向位移为w＝wo+(Δs1+Δs2)/2；
步骤3：检验隔水薄板3的应力是否超过隔水薄板3强度：设圆形隔水薄板3的半径为R，设圆形隔水薄板3的板厚为h，设圆形隔水薄板3的杨氏模量为E，设圆形隔水薄板3的泊松比为v，取圆形隔水薄板3圆心处的位移为测量得到的分布式光纤5中点相对分布式光纤5两端的平均相对竖向位移wo，然后设隔水薄板3中的最大应力为σmax且计算公式为设隔水薄板3的强度为[σ]，当σmax≥[σ]时表明隔水薄板3内的应力超过了自身强度，即地下承压水引起封底加固层4和隔水薄板3变形过大且隔水薄板3已破坏，这样可以为承压水对沉井2封底压力过大提供预警；
步骤4：检验沉井2封底是否有渗漏：在隔水薄板3边缘设置电阻测量的正极接入点12和负极接入点13，正极接入点12和直流电源10的正极连接，直流电源10的负极、电流计11和负极接入点13依次连接，通过直流电源10的电压U和电流计11测得的电流I计算电阻R，有通过监测电阻R的变化来判断沉井2封底是否有渗漏，例如电阻R突然减小表明有渗漏发生。
所述步骤2中测量相对竖向位移w1的方式为：首先将分布式光纤5中点至第一压力传感器8所在的光纤5端点平均分为n段，分布式光纤5中每一分段的长度为Δl，当圆形隔水薄板3的半径为R时，有Δl＝R/n，记第一压力传感器8所在的光纤5端点为节点1，记分布式光纤5中点对应的节点为n+1，从节点1往节点为n+1方向的节点依次记为1,2,3,Λ,n,n+1，设分布式光纤5第i节点测量得到的应变为εi，则分布式光纤5中点相对第一压力传感器8所在的光纤5端点的相对竖向位移w1的计算公式为分布式光纤5中点相对第二压力传感器9所在光纤5端点的相对竖向位移w2的计算过程与w1的计算过程相同。
Claims (6)
1.一种沉井封底防渗及位移监测装置，其特征在于：其包括隔水薄板、位移监测装置；所述位移监测装置包含数据采集分析***、光纤解调仪以及依次连接的第一杆、第一压力传感器、分布式光纤、第二压力传感器和第二杆，所述数据采集分析***、光纤解调仪和分布式光纤依次连接，所述数据采集分析***分别与第一压力传感器和第二压力传感器连接，所述隔水薄板水平放置，所述分布式光纤水平放在隔水薄板上表面，所述第一杆和第二杆竖直放置。
2.根据权利要求1所述的一种沉井封底防渗及位移监测装置，其特征在于：所述隔水薄板为圆形，所述光纤通过隔水薄板的圆心，且光纤中点和隔水薄板圆心重合。
3.根据权利要求1所述的一种沉井封底防渗及位移监测装置，其特征在于：所述第一压力传感器和第一压力传感器为压电陶瓷制成。
4.根据权利要求1所述的一种沉井封底防渗及位移监测装置，其特征在于：所述沉井封底防渗及位移监测装置配有直流电源和电流计，在隔水薄板边缘设置测量电阻的正极接入点和负极接入点，正极接入点和直流电源的正极连接，直流电源的负极、电流计和负极接入点依次连接。
5.根据权利要求1-4所述的一种沉井封底防渗及位移监测装置的防渗及位移监测方法，其特征在于：其包括下述步骤：
步骤1：沉井的横截面为圆形，隔水薄板为圆形；沉井下端有封底加固层，封底加固层可以为混凝土浇筑而成或者为水泥和土搅拌而成，在封底加固层中水平安放有隔水薄板，第一压力传感器和第二压力传感器分别位于分布式光纤两端的上部，第一杆的一端与第一压力传感器连接而另一端与沉井底部连接，第二杆的一端与第二压力传感器连接而另一端与沉井底部连接；
步骤2：位移监测：首先测量第一杆和第二杆的压缩量，设第一杆长度为L1，设第二杆长度为L2，设第一杆杨氏模量为E1，设第二杆杨氏模量为E2，设第一压力传感器测得的应力为σ1，设第二压力传感器测得的应力为σ2，设第一杆的压缩量为Δs1，设第二杆的压缩量为Δs2，则有第一杆的压缩量为第二杆的压缩量为然后测量分布式光纤中点相对第一压力传感器的相对竖向位移w1，测量分布式光纤中点相对第二压力传感器的相对竖向位移w2，则分布式光纤中点相对自身两端的平均相对竖向位移为wo＝(w1+w2)/2，最后计算隔水薄板中心的绝对竖向位移为w＝wo+(Δs1+Δs2)/2；
步骤3：检验隔水薄板的应力是否超过隔水薄板强度：设圆形隔水薄板的半径为R，设圆形隔水薄板的板厚为h，设圆形隔水薄板的杨氏模量为E，设圆形隔水薄板的泊松比为v，取圆形隔水薄板圆心处的位移为测量得到的分布式光纤中点相对分布式光纤两端的平均相对位移wo，然后设隔水薄板中的最大应力为σmax且计算公式为设隔水薄板的强度为[σ]，当σmax≥[σ]时表明隔水薄板内的应力超过了自身强度，即地下承压水引起封底加固层和隔水薄板变形过大且隔水薄板已破坏，这样可以为承压水对沉井封底压力过大提供预警；
步骤4：检验沉井封底是否有渗漏：在隔水薄板边缘设置电阻测量的正极接入点和负极接入点，正极接入点和直流电源的正极连接，直流电源的负极、电流计和负极接入点依次连接，通过直流电源的电压U和电流计测得的电流I计算电阻R，有通过监测电阻R的变化来判断沉井封底是否有渗漏，例如电阻R突然减小表明有渗漏发生。
6.根据权利要求5所述的一种沉井封底防渗及位移监测装置的防渗及位移监测方法，其特征在于：所述步骤2中测量相对竖向位移w1的方式为：首先将分布式光纤中点至第一压力传感器所在的光纤端点平均分为n段，分布式光纤中每一分段的长度为Δl，当圆形隔水薄板的半径为R时，有Δl＝R/n，记第一压力传感器所在的光纤端点为节点1，记分布式光纤中点对应的节点为n+1，从节点1往节点为n+1方向的节点依次记为1,2,3,Λ,n,n+1，设分布式光纤第i节点测量得到的应变为εi，则分布式光纤中点相对第一压力传感器所在的光纤端点的相对竖向位移w1的计算公式为分布式光纤中点相对第二压力传感器所在光纤端点的相对竖向位移w2的计算过程与w1的计算过程相同。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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