[發明專利]一種用于不同土層沉降的智能測試裝置及其使用方法

在審

• 申請號: 201711472300.X
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108318656A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 劉瑾;王穎;白玉霞;宋澤卓;魏繼紅;孫少銳;錢衛;李鼎;汪勇
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01C5/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 吳樹山

1.一種用于不同土層土體沉降的智能測試裝置，其特征在于，包括盛土單元、水壓控制單元、無級電控加壓單元和監測單元，所述盛土單元包括底座(1)、可鎖死的多向滾輪(2)、裝有原狀土體的有機玻璃柱(3)、雙向粗粒反濾層(4)，所述底座(2)的中央設有進/排水孔(7)，所述裝有原狀土體的有機玻璃柱(3)固定在底座(2)的中央，所述裝有原狀土體的有機玻璃柱(3)的底部設有所述雙向粗粒反濾層(4)，所述底座(1)的底面四個角分別設有所述可鎖死的多向滾輪(2)；所述水壓控制單元包括水管(5)、帶有無線收/發裝置的增壓/負壓兩用水泵(6)、進/排水孔(7)，所述帶有無線收/發裝置的增壓/負壓兩用水泵(6)依次通過水管(5)、進/排水孔(7)與裝有原狀土體的有機玻璃柱(3)連接；所述無級電控加壓單元包括支撐框架(8)、螺桿(9)、施壓平臺(10)和帶有無線收/發裝置的電控無級變速馬達(11)，所述施壓平臺(10)固定在所述螺桿(9)的底端，所述螺桿(9)固定在帶有無線收/發裝置的電控無級變速馬達(11)的底端，所述帶有無線收/發裝置的電控無級變速馬達(11)固定在所述支承框架(8)的頂端；所述裝有原狀土體的有機玻璃柱(3)放置在支撐框架(8)的正下方；所述監測單元包括無線收發水壓傳感器(12)、光纖傳感器(13)、第一解調器(15)、第二解調器(16)和計算機(14)，所述無線收發水壓傳感器(12)和光纖傳感器(13)埋設于有機玻璃柱(3)中的原狀土體中，所述無線收發水壓傳感器(12)通過第一解調器(15)與所述計算機(14)進行無線信號連接，所述光纖傳感器(13)的兩端與所述第二解調器(16)接插連接，第二解調器(17)通過數據線與所述計算機(14)連接。

2.根據權利要求1所述的一種用于不同土層沉降的智能測試裝置，其特征在于，所述雙向粗粒反濾層(4)包括4-6層顆粒粒徑大小不同的砂粒、碎石或卵石和4-6層紗網，所述雙向粗粒反濾層(4)的顆粒粒徑大小從雙向粗粒反濾層(4)中間向兩邊逐漸減小，所述紗網分別布設在雙向反濾層(4)的上頂面和下底面。

3.根據權利要求2所述的一種用于不同土層沉降的智能測試裝置，其特征在于，所述無線收發水壓傳感器(12)布設在所述裝有原狀土體的有機玻璃柱(3)的內壁兩側，兩個無線收發水壓傳感器(12)相鄰之間的間隔距離為10cm。

4.根據權利要求3所述的一種用于不同土層沉降的智能測試裝置，其特征在于，所述裝有原狀土體的有機玻璃柱(3)的內徑與雙向粗粒反濾層(4)的直徑大小相等。

5.根據權利要求4所述一種用于不同土層沉降的智能測試裝置，其特征在于，所述雙向粗粒反濾層(4)的直徑與排水孔(7)的孔徑相差不小于2cm。

6.根據權利要求5所述一種用于不同土層沉降的智能測試裝置，其特征在于，所述光纖傳感器(13)以繞成回路的方式布設在機玻璃柱(3)中的原狀土體中。

7.根據權利要求6所述一種用于不同土層沉降的智能測試裝置，其特征在于所述光纖傳感器(13)的底端距離所述裝有原狀土體的有機玻璃柱(3)的底部不小于3cm。

8.根據權利要求1-7任一項所述的一種用于不同土層沉降的智能測試裝置的使用方法，其特征在于，包括如下具體步驟：

步驟1，準備階段：從現場取回需預測土體沉降變形的土樣，并測量取樣深度，初始地下水埋深，初始上部壓力；

步驟2，組裝智能測試裝置：先將一種用于不同土層沉降的智能測試裝置放置到地面平整處，并將帶有可鎖死的多向滾輪(2)鎖死；再將從現場取回的原狀土體按比例逐層加入到有機玻璃柱(3)中，同時將無線收發水壓傳感器(12)和光纖傳感器(13)埋設于有機玻璃柱(3)的原狀土體中；

步驟3，檢查裝置狀態：保持可鎖死的多向滾輪(2)鎖死，帶有無線收/發裝置的電控無級變速馬達(11)與計算機(14)連接正常，帶有無線收/發裝置的增壓/負壓兩用水泵(6)與計算機(14)連接正常，無線收發水壓傳感器(12)與第一解調器(15)連接正常，第一解調器(15)與計算機(14)連接正常，埋設于有機玻璃柱(3)的原狀土體中的光纖傳感器(13)呈緊繃狀態，光纖傳感器(13)和第二解調器(16)連接正常，第二解調器(15)和計算機(14)連接正常；

步驟4，測試試驗：

步驟4-1，有地下水影響的條件下的測試試驗：在計算機(14)上打開控制軟件，輸入初始地下水埋深，點擊開始按鈕，帶有無線收/發裝置的增壓/負壓兩用水泵(6)向裝有原狀土體的有機玻璃柱(3)中供/抽水使得有機玻璃柱(3)中原狀土體中的水位達到初始地下水埋深；然后在控制軟件上輸入土樣深度、地下水埋深、監測時長，點擊開始按鈕，帶有無線收/發裝置的增壓/負壓兩用水泵(6)向裝有原狀土體的有機玻璃柱(3)中供/抽水，同時無線收發水壓傳感器(12)監測有機玻璃柱(3)中原狀土體不同位置的水壓變化，光纖傳感器(13)監測有機玻璃柱(3)中原狀土體不同位置的沉降變化；

步驟4-2，或/和有地下水和上部施加壓力變化的條件下的測試試驗：在計算機(14)上打開控制軟件，輸入初始地下水埋深，點擊開始按鈕，帶有無線收/發裝置的增壓/負壓兩用水泵(6)向裝有原狀土體的有機玻璃柱(3)中供/抽水使得有機玻璃柱(3)中原狀土體中的水位達到初始地下水埋深；然后在控制軟件上輸入土樣深度、地下水埋深、監測時長、初始上部壓力，點擊開始按鈕，帶有無線收/發裝置的增壓/負壓兩用水泵(6)向裝有原狀土體的有機玻璃柱(3)中供/抽水，帶有無線收/發裝置的電控無級變速馬達(11)帶動螺桿(9)和施壓平臺(10)向有機玻璃柱(3)中的原狀土體施加壓力，同時無線收發水壓傳感器(12)監測有機玻璃柱(3)中原狀土體不同位置的水壓變化，光纖傳感器(13)監測有機玻璃柱(3)中原狀土體不同位置的沉降變化；

步驟5，獲取試驗數據：測試完成后，計算機(14)上控制軟件中的處理模塊利用存儲的試驗數據給出水壓變化過程中不同土層的沉降值變化的圖像和最終的沉降值，或/和給出水壓和上部施加的壓力同時變化的過程中不同土層的沉降值變化的圖像和最終的沉降值。