[发明专利]二维矢量测量岩土冻胀融沉的方法

说明书

技术领域：

本发明的二维矢量测量岩土冻胀融沉的方法属于一种岩土监测方法，尤其涉及一种监测岩土冻胀融沉量值的方法。

背景技术：

目前关于严寒、寒冷地区岩土冻胀（融沉）量的监测手段主要有以下三种：（1）高程观测的方法:冻胀（融沉）量采用观测点相对于基准点进行高程观测，测量仪器为水准仪，观测基点引用国家高程三、四等水准网水准点，通过观测竖向位移，以此作为冻胀（融沉）量变化值。此观测方式存在的问题是：冻胀往往发生在冬季严寒的气候条件下，受观测人员的精力和工作状态的影响，观测精度很难保证；每次观测间隔时间太长，冻胀量的变化过程和最大冻胀量难以及时地观测到；以竖向变形量单方面代替冻胀（融沉）量，违背了渠道冻胀（融沉）量发生、发展的变化机理。（2）简单以法向方向上的位移量代替冻胀（融沉）量类的监测仪器是另一类较为普遍的监测仪器的工作原理，如通过位移计的改装，加长传递杆，仪器按照法向方向埋设于冻土部位。该做法的不足是：仪器底部的基准点不能准确地予以固定；仪器自身受土体的应力应变的约束较大；忽略了切向方向上的冻胀（融沉）变形量。（3）仪器观测方法：目前典型的、比较常用的监测仪器是多深度冻土冻胀融沉测量仪，例如专利申请号为：201220438574.3的专利所公开的一种“多深度冻土冻胀融沉测量仪”。该类型的仪器主要是通过测量锚头与沉降板之间的相对垂直位移变化，从而换算出各种建筑的基础冻胀变形量。特点是在圆盘上开有多个孔，每个孔内设置有一个纤维探测管，每个纤维探测管的上部管内设置有一个感应器，每个纤维探测管内注有防冻液，浮漂漂浮在防冻液上，浮漂通过浮漂线与感应器连接，从而测量冻土冻胀量。但该类仪器存在的问题是：受土体竖向沉降量的影响，仪器底部的基准点不能准确地予以固定；防冻液受温度的影响较大；仪器自身受土体的应力应变的约束较大，以上因素影响了其观测精度，观测值不能真实反应岩土冻胀量。

传统的观测仪器及方法所面临的共同问题是：均是以一维竖向变形量（或法向变形量）单一方向作为冻胀融沉量，监测数据不能代表真实变化值，不能准确的反映渠道冻胀（融沉）量发生、发展的变化机理。

发明内容：

本发明目的在于，提供一种在二维平面内同步监测切向和法向冻胀变形量的二维矢量测量岩土冻胀融沉的方法，该方法中涉及的二维矢量岩土冻胀融沉计通过监测角度和位移的变化量，解算冻胀融沉变形沿法向和切向方向的变形量或冻胀融沉变形的矢量，从而在二维平面内同步监测切向和法向冻胀融沉变形量，测定岩土的冻胀融沉量，达到监测冻胀融沉变形的目的。克服了传统监测方法以一维竖向变形量或法向变形量单一方向作为冻胀融沉量的技术缺陷，同时具备温度监测功能。可为严寒、寒冷地区渠道斜坡的冻胀融沉变形提供可靠、准确的监测数据。

本发明所述的二维矢量测量岩土冻胀融沉的方法，该方法中所涉及的冻胀融沉计（13）是由角度传感器（1）、位移传感器（2）、温度传感器（3）、角度采样点电路（4）、位移传动杆（5）、外壳体（6）、顶部锚固端（7）、测量电缆出口（8）、密封空腔（9）、密封堵头（10）、位移锚固端（11）、固定杆（12）、测量电缆（15）、端口（16）、位移感应端（17）、外接监测设备（20）组成，通过在二维平面内同步监测岩土角度和位移的变化量值，配合实时地温度监测，解算出在特定温度下岩土冻胀融沉变形沿法向、切向方向的变形量或冻胀融沉变形的矢量，具体操作按下列步骤进行：

制作二维矢量岩土冻胀融沉计：

a、在冻胀融沉计（13）的外壳体（6）内的密封空腔（9）中分别固定有密封堵头（10）、角度传感器（1）、角度采样电路（4）、温度传感器（3）和位移传感器（2），测量电缆（15）通过密封堵头（10）与角度传感器（1）、角度采样电路（4）、温度传感器（3）和位移传感器（2）串接；在外壳体（6）的一端开有端口（16），位移传动杆（5）通过端口（16）与位移传感器（2）上的位移感应端（17）连接固定并与其联动，位移传动杆（5）在端口（16）上伸缩移动，在端口（16）的一端设有位移锚固端（11）；在外壳体（6）的顶部固定连接若干个不同长度的拆装固定杆（12），固定杆（12）的一端为螺纹丝扣（19），固定杆（12）的另一端设有顶部锚固端（7），在外壳体（6）的顶部开有与螺纹丝扣（19）相吻合的螺纹丝套（18）；在外壳体（6）上开有测量电缆出口（8），测量电缆（15）通过测量电缆出口（8）连接到外接监测设备（20）；

测量岩土冻胀融沉：