黄土场地浸水条件下土体内部应力变化监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种黄土场地浸水条件下土体内部应力变化监测系统，包括电源、上位机、多个土压力传感器和至少一个数据采集器；土压力传感器的输出端分别连接数据采集器的输入端，数据采集器连接上位机，电源连接土压力传感器、数据采集器及上位机；由传感器采集黄土场地浸水条件下土体内部的土压力数据，采集到的数据发送到数据采集器，数据采集器发送到上位机，由上位机对接收到的数据进行处理。本实用新型专利技术能够快速、连续、准确地监测黄土场地在近地表浸水条件下土体内部的应力发展情况，反馈场地黄土体内部应力状态，为湿陷敏感性评价及侧向变形影响评价提供可靠参数。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于工程监测
，具体涉及一种土体内部应力监测系统，特别是一种黄土场地浸水条件下土体内部应力监测系统。本技术用于地表大面积浸水条件下黄土体内部应力强度及应力分布状态的快速、连续、准确监测。
技术介绍
黄土由于其特殊的形成时代和形成环境，导致了其具有大孔隙性进而导致了其具有强烈的水敏性，而黄土水敏性最突出的表现形式就是湿陷。随着国家经济的持续快速发展以及政策倾斜，我国中西部地区的建设速度和规模日渐加大，导致黄土区各大城市用地日趋紧张，新建的工业与民用建筑呈现逐渐由低阶地转向高阶地发展态势，随之而来的大厚度自重湿陷性黄土地基的勘察、评价以及处理问题成为了黄土地区工程技术人员所面临的首要难题。《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB 50025-2004)中对于黄土湿陷性场地得评价体系是以沉降量为导向，强调最终结果而不是很重视过程，这种评价体系在相当长的时间里指导了大量的建设，成效显著。但是，我们必须认识到，随着工程建设规模加大，“长、大、高”的重要工程越来越多，很多工程事故表明黄土的湿陷敏感性与最终湿陷量同样决定着工程的安全。另外，专利技术人还注意到:湿陷导致地面沉降的过程不只是单纯的土体纵向压缩，而是纵向压缩和侧向挤出相伴而生，一些工程事故的调查已经证明了这一点。由于不同地区土质不同，所以由侧向挤出而反映在地表沉降量值也有所不同。因此，在评价黄土湿陷敏感性及侧向变形影响时需要获得在水的浸入过程中土体内部应力强度和应力分布状态的数据，而目前尚没有获取这类数据的系统、科学、高效的装置，对该装置的研究和开发是十分必要的，对黄土地区各种重大工程地基处理工作具有重大的现实意义。
技术实现思路
针对现有技术中存在的空白和不足，本技术的目的在于，提供一种黄土场地浸水条件下土体内部应力监测系统，该系统通过电源、采集器和上位机实现全自动化数据获取，能够快速、连续、准确地监测地表大面积浸水条件下黄土体内部应力强度及应力分布状态，从而为黄土湿陷敏感性及侧向变形影响评价提供准确可靠的参数。为了达到上述目的，本技术采用如下技术方案予以解决:一种黄土场地浸水条件下土体内部应力监测系统，包括电源、上位机、多个土压力传感器和至少一个数据采集器；其中，每个所述土压力传感器的输出端分别连接数据采集器的输入端，数据采集器的输出端分别连接上位机，所述电源连接土压力传感器、数据采集器及上位机为其供电；由所述多个土压力传感器实时采集黄土场地浸水条件下土体内部的土压力数据，采集到的数据发送到数据采集器，数据采集器将其发送到上位机，由上位机对接收到的数据进行处理。本技术的系统还包括如下其他技术特征:所述土压力传感器包括不锈钢质的盒体、电阻应变片、接线板和顶盖，盒体底面的镀锌层作为受力膜，盒体内固定有由电阻应变片组成的桥式电路和接线板，电阻应变片组成的桥式电路紧贴盒体内底面，所述接线板位于电阻应变片组成的桥式电路的上方；电阻应变片组成的桥式电路通过接线板由信号线引出盒体，盒体顶部安装顶盖。与现有技术相比，本技术的有益效果是:(I)本技术的监测系统将横纵两向的土压力纳入了监测内容，全面土体内部的应力强度和应力分布状态，弥补了现有技术中未考虑侧向变形导致对场地湿陷性评价不准确以及缺少数据无法对湿陷敏感性进行评价的缺陷，有利于安全性设计。(2)采用多个高精度土压力监测元件，采集速度快且全自动化，采样速度达每秒I次，可连续地反馈浸水状态下土体内部应力强度和应力分布状态的变化规律，并可以根据土层压力变化情况对数据采集密度和精度进行适时动态调整，为湿陷敏感性评价及侧向变形影响评价提供可靠参数。(3)本技术的系统结构简单，操作简单，安装、使用方便。附图说明图1是本技术的监测系统的连接框图。图2是土压力传感器的结构示意图。图3是U形铁杆示意图。图4是预制钢模具示意图。图5是传感器的布设示意图。图6是一个土压力传感器的标定及拟合标定曲线。图7是纵向土压力时态曲线。图8是横向土压力时态曲线。图中标号:1、受力膜，2、电阻应变片，3、接线板，4、信号线，5、顶盖，6、盒体。以下结合附图和实施例对本技术作进一步解释说明。具体实施方式如图1所示，本技术的黄土场地浸水条件下土体内部应力监测系统，包括电源、上位机、多个土压力传感器和至少一个数据采集器；其中，每个所述土压力传感器的输出端分别连接数据采集器的输入端，数据采集器的输出端分别连接上位机，所述电源连接土压力传感器、数据采集器及上位机为其供电。如图2所示，所述土压力传感器包括不锈钢质的盒体6、电阻应变片2、接线板3和顶盖5，盒体6底面的镀锌层作为受力膜1，盒体6内固定有由电阻应变片2组成的桥式电路和接线板3，电阻应变片2组成的桥式电路紧贴盒体6内底面，所述接线板3位于电阻应变片2组成的桥式电路的上方。电阻应变片2组成的桥式电路通过接线板3由信号线4引出盒体6，出线处用环氧树脂密封，盒体6顶部安装顶盖5以封闭，盒体6整体具防水性能。所述数据采集器用于快速、连续的采集土压力传感器的输出信号并上传给上位机进行处理和存储。如图5所示， 所述多个传感器分别安装在距黄土场地浸水区的下部以及预估浸水范围内的土体内部。土压力传感器安装方式有水平和竖直两种，分别用以监测浸水过程中横向和纵向土压力的发展情况。利用本技术的黄土场地浸水条件下土体内部应力的监测系统进行监测的方法，具体包括如下步骤:1、监测系统的组装监测系统由人工组装，包括土压力传感器的焊接、电源模块的组装、上位机的安装、信号线的连接及土压力传感器与数据采集器的匹配调试。2、传感器的标定对每个土压力传感器进行标定，得到所有土压力传感器标定曲线。3、传感器的埋设参见图5，第一、在待监测区域开挖浸水坑。浸水坑的直径要参考当地自重湿陷性黄土分布的下限深度H (即自重湿陷性土层厚度)，浸水坑的直径D大于等于此下限深度H (H从场地工程地质勘查报告中的土工试验部分得到)；另外，浸水坑的深度不大于0.Sm,以0.5m为宜，且需在坑底铺设0.1m厚的砂砾石(参照《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB50025-2004))。第二、在浸水坑内地面及浸水坑外地面开挖埋设井。埋设井的数量、位置及深度宜遵循如下规律:为了满足监测·需求，埋设井数量不宜少于4个，考虑到工作经费埋设井数量不宜多于8个，以6个为宜。根据本领域的研究结果，埋设井位置应根据黄土体浸水特性来设置，(参考《大西客运专线与中南部重载铁路通道湿陷性黄土现场浸水坑浸水试验研究报告》、《榆次区郝家沟吉利新能源汽车厂区湿陷性黄土现场浸水坑浸水试验研究报告》以及《兰州地区大厚度自重湿陷性黄土场地浸水试验综合观测研究》)。假设浸水坑半径为R，则由浸水坑圆心出发，1)R范围内(即浸水坑内)是纵向土压力强度及分布变化的重要区域，宜在该范围内开挖I 2个埋设井，若开挖一个埋设井则宜开在1/2R位置上，若开挖两个埋设井则宜分别开在以1/2R隔开的两部分浸水坑内；2) R 2R范围内位于浸水区域以外是地下水分向外扩散的必经区域，也是由于浸水坑内纵向土压力增大导致土体侧向挤出以及由于水分向侧向渗流产生侧向的渗透力，进而引起侧向土压力强度及分布产生变化的关键区域，宜在该范围内开挖3 4个埋设井，首先在R+1米处及2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种黄土场地浸水条件下土体内部应力变化监测系统，其特征在于，包括电源、上位机、多个土压力传感器和至少一个数据采集器；其中，每个所述土压力传感器的输出端分别连接数据采集器的输入端，数据采集器的输出端分别连接上位机，所述电源连接土压力传感器、数据采集器及上位机为其供电；?由所述多个土压力传感器实时采集黄土场地浸水条件下土体内部的土压力数据，采集到的数据发送到数据采集器，数据采集器将其发送到上位机，由上位机对接收到的数据进行处理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王家鼎，马闫，彭淑君，李家栋，谢婉丽，谷天峰，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：实用新型
国别省市：