[發明專利]一種地表沉降的大范圍分布式監測系統及方法

在審

• 申請號: 201910609209.0
• 申請日: 2019-07-08
• 公開（公告）號: CN110360984A
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 沈國根;陳寅磊;唐永圣
• 申請（專利權）人: 揚州市市政建設處;河海大學
• 主分類號: G01C5/00
• 分類號: G01C5/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 張歡歡

1.一種地表沉降的大范圍分布式監測系統，其特征是，在待測的地表土層設定若干個測點，若干個測點位于同一條直線上間隔部署，第一個測點作為參考點，并將此測點記為參考點P₀，第二個測點記為測點P₁，其他測點按照部署位置排序依次記為測點P₂，……P_i，……P_n，n為測點的總數，

在參考點和每個測點處均豎向安裝有錨固桿，參考點處的錨固桿下端嵌入穩定土層，其他測點處的錨固桿下端嵌入地表土層，相鄰錨固桿上橫向連接有連接桿，連接桿的兩端與兩側相鄰錨固桿的連接處通過鉸固定，使連接桿和錨固桿之間可繞鉸接點旋轉，且連接桿的兩端與兩個鉸的鉸接點位于同一條水平線上，

在每個測點處沿豎向排布有兩個錨固區且相鄰測點處的兩個錨固區位于對立面，上下兩個錨固區位于同一條豎直線上，位于上方的錨固區粘貼在連接桿上且位于鉸的右側，位于下方的錨固區粘貼在錨固桿上，

光纖的一端沿參考點P₀與測點P₁之間的連接桿橫向走線敷設、然后在測點P₁沿上下方錨固區豎向走線敷設、再次沿測點P₂與測點P₃之間的連接桿橫向走線敷設、然后在測點P₃處沿上下方錨固區豎向走線敷設，以此類推依次敷設直至到測點P_n處，然后在測點P_n處繞到反面繼續按照類似的線路敷設，在測點Pn處繞到反面在測點P_n與測點P_n-1之間橫向走線敷設，在測點P_n-1處沿下上方錨固區豎向走線敷設，再次沿測點P_n-1與測點P_n-2之間的連接桿橫向走線敷設，在測點P_n-3處沿下上方錨固區豎向走線敷設，再次沿測點P_n-3與測點P_n-4之間的連接桿橫向走線敷設，以此類推依次敷設直至到參考點P₀。

2.根據權利要求1所述的一種地表沉降的大范圍分布式監測系統，其特征是，相鄰測點的間隔距離范圍為3m-10m。

3.根據權利要求1所述的一種地表沉降的大范圍分布式監測系統，其特征是，錨固桿采用不銹鋼材料制備。

4.根據權利要求1所述的一種地表沉降的大范圍分布式監測系統，其特征是，連接桿采用纖維復合材料制備。

5.根據權利要求1所述的一種地表沉降的大范圍分布式監測系統，其特征是，光纖采用緊套光纖。

6.根據權利要求1至5任一項所述監測系統實現地表沉降監測的方法，包括以下過程：

監測各測點處兩個錨固區內光纖的應變；

根據光纖的應變變化，計算獲得光纖長度的變化差值；

根據光纖長度的變化差值，計算獲得各測點的沉降。

7.根據權利要求6所述的方法，根據光纖的應變變化計算獲得光纖長度的變化差值包括：

對于測點P_i處，光纖長度的變化差值Δ_i表示為：

Δ_i＝ε_iH_i (1)

其中，ε_i為測點P_i處光纖長度H_i范圍內的平均應變，正值表示測點P_i相對于測點P_i-1位移向上，負值表示測點P_i相對于測點P_i-1位移向下；H_i為測點P_i處兩個錨固區之間的光纖長度。

8.根據權利要求7所述的方法，根據光纖長度的變化差值計算獲得測點的沉降包括：

根據幾何關系，測點P_i相對于測點P_i-1的相對位移d_i可近似表示為：

式中，L_i為測點P_i和測點P_i-1之間的水平距離；t_i表示測點P_i處位于上方的錨固區與相鄰鉸之間的水平距離；

以參考點為0位移點，測點P_i的絕對位移D_i表示為：

此絕對位移D_i即為測點P_i的沉降。