一种冻融沉降的监测装置和方法与流程

本发明涉及冻融沉降，具体涉及一种冻融沉降的监测装置和方法。

背景技术：

1、冻融沉降是冻土地区冻土在季节性冻融循环中，因孔隙水相变与水分迁移导致体积变化而产生的竖向变形现象。该现象广泛分布于我国东北、青藏高原等地区。冻融沉降的反复会导致公路路基不均匀沉降、建筑物基础开裂等工程病害。因此，开展冻融沉降的监测，对于指导防灾减灾具有重要的工程应用价值。

2、目前，常用的冻融沉降监测装置主要为分层式沉降监测装置：通过在地面钻设钻孔，在钻孔内不同深度处分层布设沉降环，每层沉降环与地表或孔口的参照点之间连接有竖向位移传感器，冻土融沉时，沉降环随冻土下沉向下移动，拉伸竖向位移传感器的测杆，传感器输出融沉位移量。由此实现对各层位冻土竖向冻胀与融沉位移的监测。

3、然而，在实际工程中，冻土冻融沉降除了在竖直方向移动外，还常伴随水平方向的移动，现有技术仅通过监测竖向沉降数据，难以反映出冻土真实的变形状态。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种冻融沉降的监测装置和方法，以解决现有技术中仅通过监测竖向沉降数据，难以反映出冻土真实的变形状态的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

3、一种冻融沉降的监测装置，具备：

4、监测盒，所述监测盒的底部至少安装有一固定锚，所述固定锚用于将监测盒固定于冻融活动层下方的多年冻土层或稳定持力层；

5、限位筒，倒设在所述监测盒的内部，所述限位筒的筒口与所述监测盒的底部内壁固定连接，所述监测盒底部正对于所述限位筒的筒口开设有底部通孔；

6、竖向监测杆，一端设置在所述限位筒内，另一端贯穿所述底部通孔并延伸至所述监测盒的下方，以埋设在冻土内部，在冻土融沉时，所述竖向监测杆能够跟随冻土竖直下降；

7、竖向位移传感器，设置在所述限位筒内部，所述竖向位移传感器的测杆通过联动板与所述竖向监测杆连接，所述竖向监测杆下降时压缩该所述测杆，所述竖向位移传感器监测所述竖向监测杆竖向位移数据；

8、水平监测杆，在所述监测盒的内部沿其径向至少设置一所述水平监测杆，所述监测盒侧壁对正对所述水平监测杆端部开设有侧壁通孔，所述水平监测杆一端通过所述侧壁通孔穿设至所述监测盒外部，以埋设在冻土内；

9、水平位移传感器，固定安装在所述监测盒内部，所述水平位移传感器的测杆连接所述水平监测杆内端；

10、驱动组件，设置在所述限位筒外壁，所述驱动组件连接所述水平监测杆；

11、其中，所述驱动组件能够带动所述水平监测杆随着冻土融沉程度向所述监测盒外部移动，所述水平监测杆拉伸所述水平位移传感器的测杆，所述水平位移传感器监测所述水平监测杆水平位移数据。

12、进一步地，在所述水平监测杆位于所述监测盒内部的一端安装有一移动板，所述移动板沿其长度方向开设有移动开口，所述水平位移传感器位于所述移动开口内，其测杆固定连接在所述移动开口靠近所述水平监测杆的内壁。

13、进一步地，所述驱动组件包括：

14、滑轨，沿所述限位筒高度方向固定安装在所述限位筒外壁；

15、配重滑块，滑动装配在所述滑轨上；

16、连接杆，一端铰接安装在所述配重滑块外壁，另一端铰接安装在所述移动板远离所述水平监测杆端部的外壁；

17、当冻土融沉时，所述水平监测杆受冻土侧向推力逐渐减小，所述配重滑块在自身重力作用下向下滑动，并推动所述连接杆向下向外滑动，所述连接杆同步带动所述移动板、所述水平监测杆向外滑动，所述水平位移传感器的测杆被拉伸。

18、进一步地，在所述监测盒底部正对于所述底部通孔的位置安装有第一防护管，所述第一防护管远离所述监测盒的一端一体化安装有第一延伸管，所述第一延伸管的内径自上到下逐渐减小，其底部的内径等于所述竖向监测杆的外径；

19、所述竖向监测杆一端穿过所述第一防护管、所述第一延伸管，并延伸至所述第一延伸管底部的下方。

20、进一步地，在所述第一延伸管内部设置有一竖向异径波纹管，所述竖向异径波纹管的内径自上到下逐渐减小，在所述竖向异径波纹管的两端内壁均固定安装有一底部封堵板，每个所述底部封堵板上均开设有第一穿孔，所述第一穿孔的内径等于所述竖向监测杆的外径；

21、所述竖向监测杆通过两个所述第一穿孔穿过所述竖向异径波纹管；

22、其中，所述竖向异径波纹管的顶部外壁与所述竖向异径波纹管的内壁固定连接，位于下方的所述底部封堵板的所述穿过孔内壁与所述竖向监测杆外壁固定连接。

23、进一步地，在所述监测盒外侧壁正对于所述侧壁通孔的位置安装有第二防护管，所述第二防护管远离所述监测盒的一端一体化形成有第二延伸管，所述第二延伸管的内径自靠近所述第二防护管的端部向远离所述第二防护管的端部逐渐减小；

24、其中，所述第二延伸管远离所述第二防护管的端部内径等于所述水平监测杆的外径；

25、所述水平监测杆一端依次穿过所述第二防护管、所述第二延伸管，并延伸至所述第二延伸管外端的外侧。

26、进一步地，在所述第二延伸管内部设置有水平异径波纹管，所述水平异径波纹管的内径自内端向外端逐渐减小，在所述水平异径波纹管的两端内壁均固定安装有一侧部封堵板，每个所述侧部封堵板上均开设有第二穿孔，所述第二穿孔的直径等于所述水平监测杆的直径；

27、所述水平监测杆通过两个所述第二穿孔穿过所述水平异径波纹管；

28、所述水平异径波纹管内端的外壁与所述水平异径波纹管内端的内壁固定连接，位于外端的所述侧部封堵板的所述第二穿孔内壁与所述水平监测杆外壁固定连接。

29、进一步地，所述联动板安装在限位筒内，所述竖向监测杆的内端固定安装在所述联动板的底部，所述竖向监测杆下降时，同步带动所述联动板下降。

30、进一步地，所述底部通孔的直径小于所述限位筒的筒口的直径，所述竖向位移传感器竖直安装在所述监测盒位于所述限位筒内的位置，其测杆固定连接在所述联动板的底部。

31、本发明提供一种冻融沉降的监测方法，具体包括以下步骤：

32、步骤100，将监测盒埋设在预设深度的冻土层内；

33、步骤200，通过竖向位移传感器监测该冻土层内冻土竖直方向的位移，并将监测到的数据实时发送至控制系统；

34、步骤300，通过水平位移传感器监测该冻土层内冻土水平方向的位移，并将监测到的数据实时发送至所述控制系统；

35、步骤400，所述控制系统对监测的数据进行滤波、校准处理后，同步传输显示屏。

36、本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

37、本发明兼具竖向监测功能与水平监测功能，对于竖向监测，冻土沉降时，竖向监测杆同步跟随冻土下降，竖向位移传感器通过监测竖向监测杆竖向位移数据，进而得到冻土沉降位移，对于水平监测，冻土沉降时，冻土对水平监测杆的水平顶推力逐渐衰减，驱动组件跟随冻土融沉程度带动水平监测杆向监测盒外部移动，水平位移传感器通过监测水平监测杆水平位移数据，进而得到冻土水平方向位移，通过对冻土水平位移和竖直位移的同步监测，更加真实地反映出冻土的变形状态。