本發(fā)明屬于巖土工程監(jiān)測與檢測，具體涉及一種用于修正測斜管導(dǎo)槽扭轉(zhuǎn)誤差的測量裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、在巖土工程領(lǐng)域，常常需要觀測基坑、邊坡、擋墻等深部水平位移，水平管幕等的豎向位移。測斜儀是觀測深部水平和豎向位移常用的監(jiān)測儀器。當(dāng)采用測斜儀法觀測位移時，需要將測斜管通過垂直鉆孔穿過不穩(wěn)定土層至下部穩(wěn)定地層或在水平管幕內(nèi)鉆孔穿過整個管幕。測斜儀探頭是依靠測斜管導(dǎo)槽定位，測斜管導(dǎo)槽的扭轉(zhuǎn)將導(dǎo)致測斜儀實(shí)際測量方位角的偏轉(zhuǎn)，無法確定地層內(nèi)部實(shí)際的位移方向和大小。測斜管導(dǎo)槽扭轉(zhuǎn)誤差一般由以下原因引起：一是測斜管因材質(zhì)和制造工藝影響，導(dǎo)致導(dǎo)槽扭角偏大；二是測斜管長度較大，多根測斜管連接后，導(dǎo)槽的扭角疊加，導(dǎo)致扭角改變愈大；三是測斜管埋入監(jiān)測對象內(nèi)后，在外力作用下，導(dǎo)槽產(chǎn)生扭曲。因此，為了準(zhǔn)確測量巖土體的內(nèi)部位移，需要在進(jìn)行內(nèi)部位移監(jiān)測前，觀測測斜管導(dǎo)槽的扭曲角度，以便對測量結(jié)果進(jìn)行修正。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種用于修正測斜管導(dǎo)槽扭轉(zhuǎn)誤差的測量裝置，其設(shè)計(jì)新穎合理，通過角度傳感器與滑動導(dǎo)輪組合而成的測量裝置配合預(yù)埋的測斜管，可以得到測斜管內(nèi)各個測段上四個導(dǎo)槽的扭轉(zhuǎn)角度，通過扭轉(zhuǎn)疊加計(jì)算得到測斜管各測點(diǎn)的相對扭轉(zhuǎn)變形角度，并對測斜儀測得不同方向位移誤差進(jìn)行修正，計(jì)算方法科學(xué)合理，能夠反映出真實(shí)的變形情況，便于推廣使用。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種用于修正測斜管導(dǎo)槽扭轉(zhuǎn)誤差的測量裝置，其特征在于：包括設(shè)置在地面上的數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)、伸入至地層中的測斜管、以及伸入至測斜管內(nèi)且與數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)通過線纜連接的測斜管導(dǎo)槽扭轉(zhuǎn)角度測量機(jī)構(gòu)，測斜管內(nèi)壁沿周向依次等間隔開設(shè)有第一導(dǎo)槽、第二導(dǎo)槽、第三導(dǎo)槽和第四導(dǎo)槽；

3、所述測斜管導(dǎo)槽扭轉(zhuǎn)角度測量機(jī)構(gòu)包括測桿，測桿靠近數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)的一端通過保護(hù)套筒與用于安裝角度傳感器的固定套筒連接，固定套筒另一端連接有第三連接桿，測桿遠(yuǎn)離數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)的一端依次連接有第二連接桿和第一連接桿，第一連接桿上設(shè)置有與第一導(dǎo)槽和第三導(dǎo)槽配合的第一滑動導(dǎo)輪，第二連接桿上設(shè)置有與第二導(dǎo)槽和第四導(dǎo)槽配合的第二滑動導(dǎo)輪，第三連接桿上設(shè)置有與第一導(dǎo)槽和第三導(dǎo)槽配合的第三滑動導(dǎo)輪，角度傳感器與測桿連接的一端設(shè)置有從動齒輪，測桿與角度傳感器連接的一端設(shè)置有與從動齒輪配合的傳動孔，測桿上開設(shè)有環(huán)形結(jié)構(gòu)的第一滑槽，保護(hù)套筒套設(shè)在測桿和固定套筒外側(cè)，保護(hù)套筒與固定套筒固定連接，保護(hù)套筒與測桿連接的一端內(nèi)側(cè)壁開設(shè)有第二滑槽，第二滑槽和第一滑槽之間設(shè)置有一圈滾珠，角度傳感器的數(shù)據(jù)線穿過第三連接桿內(nèi)部與數(shù)據(jù)傳輸接口連接。

4、上述的一種用于修正測斜管導(dǎo)槽扭轉(zhuǎn)誤差的測量裝置，其特征在于：所述測斜管頂部安裝有用于限位線纜的線纜固定機(jī)構(gòu)。

5、上述的一種用于修正測斜管導(dǎo)槽扭轉(zhuǎn)誤差的測量裝置，其特征在于：所述第一連接桿末端設(shè)置有吊環(huán)；

6、當(dāng)測斜管豎向設(shè)置時，測斜管底部封閉，第一連接桿末端螺紋連接有保護(hù)帽；

7、當(dāng)測斜管水平設(shè)置時，測斜管末端無需安裝保護(hù)帽，在測斜管中預(yù)留與吊環(huán)相連的鋼絲繩，鋼絲繩始終保持拉伸狀態(tài)。

8、上述的一種用于修正測斜管導(dǎo)槽扭轉(zhuǎn)誤差的測量裝置，其特征在于：所述第二連接桿和第一連接桿之間通過連接釘連接，固定套筒和第三連接桿之間通過連接釘連接，測桿靠近第二連接桿的一側(cè)開設(shè)有多個連接孔，連接釘穿過連接孔將測桿和第二連接桿連接。

9、上述的一種用于修正測斜管導(dǎo)槽扭轉(zhuǎn)誤差的測量裝置，其特征在于：所述保護(hù)套筒與固定套筒連接的一端開設(shè)有多個第二螺絲孔，固定套筒上開設(shè)有多個第一螺絲孔，第一螺絲孔的數(shù)量與第二螺絲孔的數(shù)量相等且一一對應(yīng)，固定螺絲穿過第二螺絲孔和第一螺絲孔將保護(hù)套筒與固定套筒固定連接，固定套筒上開設(shè)有固定角度傳感器的傳感器固定孔。

10、同時，本發(fā)明還公開了一種用于修正測斜管導(dǎo)槽扭轉(zhuǎn)誤差測量的方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

11、步驟一、埋設(shè)測斜管，過程如下：

12、步驟101、對測斜管逐節(jié)連接，對測斜管底端與管帽、以及相鄰測斜管之間的接頭位置進(jìn)行密封處理；

13、步驟102、將測斜管就位后，調(diào)整測斜管的第一導(dǎo)槽、第二導(dǎo)槽、第三導(dǎo)槽和第四導(dǎo)槽的方向，使測斜管一對導(dǎo)槽沿著主測方向；

14、步驟103、測斜管與監(jiān)測對象之間的空隙采用填料填實(shí)；

15、步驟二、安裝測量裝置：將測斜管導(dǎo)槽扭轉(zhuǎn)角度測量機(jī)構(gòu)裝入測斜管，將線纜與數(shù)據(jù)傳輸接口連接，線纜另一端與數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)連接，線纜固定機(jī)構(gòu)固定至數(shù)據(jù)采集一側(cè)的測斜管管口，使線纜居中；

16、步驟三、測量測斜管扭轉(zhuǎn)角度，過程如下：

17、步驟301、操作人員按照預(yù)先設(shè)定的放線位移l，利用線纜上的標(biāo)記進(jìn)行放線，其中，l為測點(diǎn)分段距離，在數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)穩(wěn)定后進(jìn)行讀數(shù)，測得第一導(dǎo)槽和第三導(dǎo)槽所在平面中測斜管在第i段第一導(dǎo)槽和第三導(dǎo)槽的扭轉(zhuǎn)角度βai，其中，i為測量段數(shù)編號且i＝1,2,....,n，n為測量段數(shù)總數(shù)；

18、步驟302、重復(fù)步驟301，直至測量完畢，測量總距離為s，測量過程中，測量裝置的中心線始終與測斜管管的中心線重合，水平扭轉(zhuǎn)角度放線過程中，始終保持鋼絲繩處于拉伸狀態(tài)；

19、步驟303、將測斜管導(dǎo)槽扭轉(zhuǎn)角度測量機(jī)構(gòu)及測斜管均旋轉(zhuǎn)90°，重復(fù)步驟301至302，得到第二導(dǎo)槽和第四導(dǎo)槽所在平面中測斜管在第i段第二導(dǎo)槽和第四導(dǎo)槽的扭轉(zhuǎn)角度βbi；

20、步驟四、測量測斜管位移，過程如下：

21、步驟401、測斜管位移測量時，操作人員按照與測量測斜管扭轉(zhuǎn)角度同樣的測距下放測頭，每個測點(diǎn)位置都與測斜儀扭轉(zhuǎn)角度測量測點(diǎn)位置相同；

22、步驟402、根據(jù)公式計(jì)算第一導(dǎo)槽和第三導(dǎo)槽所在平面中測斜管在第i段第一導(dǎo)槽和第三導(dǎo)槽的位移δai，其中，uai1為角度傳感器當(dāng)前位置正向測量的測頭電壓，uai2為角度傳感器當(dāng)前位置反向測量的測頭電壓，k為角度傳感器中加速度計(jì)標(biāo)度因數(shù)，g為地球重力加速度；

23、步驟403、將測斜管導(dǎo)槽扭轉(zhuǎn)角度測量機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)90°，重復(fù)步驟401至402，得到第二導(dǎo)槽和第四導(dǎo)槽所在平面中測斜管在第i段第二導(dǎo)槽和第四導(dǎo)槽的位移δbi；

24、步驟五、測斜管導(dǎo)槽扭轉(zhuǎn)修正計(jì)算，過程如下：

25、步驟501、根據(jù)公式βai總＝∑βai，計(jì)算第一導(dǎo)槽和第三導(dǎo)槽所在平面中測斜管導(dǎo)槽底部第i段相對頂部的累計(jì)扭轉(zhuǎn)角度βai總；

26、根據(jù)公式βbi總＝∑βbi，計(jì)算第二導(dǎo)槽和第四導(dǎo)槽所在平面中測斜管導(dǎo)槽底部第i段相對頂部的累計(jì)扭轉(zhuǎn)角度βbi總；

27、步驟502、根據(jù)公式sai＝δaicosβai總+δbisinβbi總對第一導(dǎo)槽和第三導(dǎo)槽所在平面方向位移進(jìn)行矢量計(jì)算，得到第一導(dǎo)槽和第三導(dǎo)槽所在平面方向第i段修正后的相對位移sai；

28、根據(jù)公式sbi＝δaisinβai總+δbicosβbi總對第二導(dǎo)槽和第四導(dǎo)槽所在平面方向位移進(jìn)行矢量計(jì)算，得到第二導(dǎo)槽和第四導(dǎo)槽所在平面方向第i段修正后的相對位移sbi；

29、步驟503、根據(jù)公式計(jì)算測斜管第i段修正后的相對位移si；

30、步驟504、根據(jù)公式si總＝∑si，計(jì)算測斜管導(dǎo)槽第i段相對于頂部修正后的累計(jì)相對位移si總。

31、上述的用于修正測斜管導(dǎo)槽扭轉(zhuǎn)誤差測量的方法，其特征在于：步驟103中，測斜管與監(jiān)測對象之間的空隙采用填料填實(shí)，保證測斜管與鉆孔之間回填密實(shí)，使測斜管與周圍土體成為一體，同時要與周圍地層土體有近似的力學(xué)性能，使測斜管與監(jiān)測地層土體變形協(xié)調(diào)，保證地層變形通過填充材料傳遞至測斜管，及時準(zhǔn)確地反應(yīng)地層的真實(shí)變形。

32、上述的用于修正測斜管導(dǎo)槽扭轉(zhuǎn)誤差測量的方法，其特征在于：所述測點(diǎn)分段距離l的取值范圍為1m～1.5m。

33、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

34、1、本發(fā)明采用的測量裝置，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、安裝及測量步驟簡單明確，裝置各部分均可拆卸連接，便于攜帶，若其中任意部分出現(xiàn)損壞，可拆卸更換后繼續(xù)使用，操作簡單，方便收納，省時省力。

35、2、本發(fā)明采用的測量裝置，安裝吊環(huán)和保護(hù)帽，既可以進(jìn)行水平方向測量又可以測量豎向測斜管導(dǎo)槽扭轉(zhuǎn)角度，通過鋼絲繩拉動吊環(huán)進(jìn)行測斜管導(dǎo)槽水平扭轉(zhuǎn)角度測量，豎向測量時通過保護(hù)帽減緩對測量裝置的碰撞，保持測量的準(zhǔn)確性和提高裝置的重復(fù)使用性。

36、3、本發(fā)明保護(hù)套筒一端固定螺栓連接，一端采用軸承結(jié)構(gòu)連接，避免了焊接高溫對角度傳感器產(chǎn)生的不利影響，軸承連接使裝置整體性更強(qiáng)并且減少摩擦，保證測量準(zhǔn)確性。

37、4、本發(fā)明在測斜管管口安裝線纜固定機(jī)構(gòu)，可保證水平或豎向變形測量過程線纜始終保持居中，從而確保每次測量過程中每節(jié)線節(jié)至測量裝置距離相同，保證每次測量時測量裝置處于同一位置，減小測量誤差，重復(fù)利用性高且測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

38、5、本發(fā)明設(shè)計(jì)新穎合理，通過角度傳感器與滑動導(dǎo)輪組合而成的測量裝置配合預(yù)埋的測斜管，可以得到測斜管內(nèi)各個測段上四個導(dǎo)槽的扭轉(zhuǎn)角度，通過扭轉(zhuǎn)疊加計(jì)算得到測斜管各測點(diǎn)的相對扭轉(zhuǎn)變形角度，并對測斜儀測得不同方向位移誤差進(jìn)行修正，計(jì)算方法科學(xué)合理，能夠反映出真實(shí)的變形情況，便于推廣使用。

39、下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。