一種利用聲發(fā)射技術(shù)的土坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于聲發(fā)射技術(shù)的用于監(jiān)測(cè)邊坡變形程度的有源波導(dǎo)裝置，屬于巖土工程領(lǐng)域中一種能夠直接，連續(xù)，高質(zhì)量的分析監(jiān)測(cè)邊坡變形穩(wěn)定性的原位測(cè)試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在土體中，聲發(fā)射來(lái)源于土顆粒之間的摩擦作用，因此對(duì)于聲發(fā)射的收集和監(jiān)測(cè)，便成為了監(jiān)測(cè)土體變形的一種新興手段。土體中產(chǎn)生聲發(fā)射的主要機(jī)理有以下三點(diǎn):一是土體顆粒與顆粒之間的相互作用，例如滑動(dòng)和滾動(dòng)摩擦;二是土顆粒接觸網(wǎng)的重組，包括接觸應(yīng)力的釋放以及應(yīng)力的重分布;三則是發(fā)生在產(chǎn)生超高接觸應(yīng)力而使土顆粒表面粗糙度的降低的過(guò)程中間。基于上述機(jī)理，聲發(fā)射技術(shù)在近幾年逐漸吸引了國(guó)內(nèi)外巖土界的學(xué)者專家的注意，并相繼展開(kāi)了研究，聲發(fā)射技術(shù)在巖土領(lǐng)域的應(yīng)用被拓寬的同時(shí)，一些相應(yīng)的機(jī)理和假想也逐漸被證實(shí)。首先最基本的是土體的變形可以產(chǎn)生能夠監(jiān)測(cè)到的聲發(fā)射，我國(guó)在上世紀(jì)90年代獨(dú)立進(jìn)行了一系列有關(guān)聲發(fā)射技術(shù)的實(shí)驗(yàn)和研究，都取得了十分顯著的成果。其次，土顆粒產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)的性質(zhì)，與土體的特性密切相關(guān)，這主要表現(xiàn)在:細(xì)顆粒土中所產(chǎn)生的聲發(fā)射受到土體含水量和塑性指數(shù)的密切影響，而反觀粗顆粒土體中，收集到聲發(fā)射信號(hào)的振幅會(huì)因土顆粒棱角的增多而大大增加。不僅如此，有學(xué)者指出聲發(fā)射波的振幅強(qiáng)弱和土體的應(yīng)力狀態(tài)直接相關(guān)，土顆粒之間的高接觸應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生較大振幅的聲發(fā)射信號(hào)。其實(shí)早在1961年就有國(guó)外學(xué)者利用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)土坡穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然而這么多年來(lái)，如何在不同程度的邊坡變形下連續(xù)地采集到高質(zhì)量的聲發(fā)射信號(hào)一直是這個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的難題。尤其是在細(xì)顆粒土體中，細(xì)顆粒土能夠產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)就比較弱，而且會(huì)在短距離的傳播中急速減弱，在軟土、粉土分布較廣的地區(qū)，強(qiáng)化細(xì)顆粒土體中的聲發(fā)射信號(hào)便成了當(dāng)務(wù)之急。

【發(fā)明內(nèi)容】

:
[0003]技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)細(xì)顆粒土質(zhì)邊坡，在變形穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)中存在的缺陷，提出了一種基于聲發(fā)射技術(shù)，利用有源波導(dǎo)和回填粗顆粒土強(qiáng)化聲發(fā)射信號(hào)的邊坡變形監(jiān)測(cè)裝置。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
:為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種利用聲發(fā)射技術(shù)的土坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)儀，整個(gè)土質(zhì)邊坡的構(gòu)成包括最上層的邊坡地表，底層的邊坡滑動(dòng)面，設(shè)置于邊坡滑動(dòng)面下方的穩(wěn)定土層，以及邊坡地表和滑動(dòng)面之間的邊坡滑動(dòng)體;該監(jiān)測(cè)儀包括:頂板蓋，換能器，聲發(fā)射傳感器，膨潤(rùn)土灌漿塞，角礫狀的粗顆粒充填土，有源波導(dǎo)管;其中，
[0005]頂板蓋包括橫板和自橫板向下延伸的且相對(duì)的一對(duì)豎板，該橫板和豎板形成穩(wěn)定的封閉空間；聲發(fā)射傳感器安裝于任一豎板的內(nèi)表面;換能器與該聲發(fā)射傳感器相連；
[0006]有源波導(dǎo)管設(shè)置在兩個(gè)豎板之間，用于對(duì)細(xì)顆粒土體中的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一方面通過(guò)內(nèi)置能源有效加強(qiáng)了聲發(fā)射信號(hào)，另一方面將邊坡滑動(dòng)面產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)波行進(jìn)的路徑限制在僅能發(fā)生反射的有源波導(dǎo)管中，避免信號(hào)在邊坡滑動(dòng)土體中傳播的損耗；
[0007]角礫狀的粗顆粒土體密實(shí)充填在有源波導(dǎo)管的周圍，使得邊坡在發(fā)生形變時(shí)產(chǎn)生相對(duì)較強(qiáng)的聲發(fā)射信號(hào)；在角礫狀的粗顆粒充填土頂部充填形成一個(gè)膨潤(rùn)土灌漿塞，且該膨潤(rùn)土灌漿塞環(huán)繞有源波導(dǎo)管；
[0008]將換能器與有源波導(dǎo)管良好耦合，并在頂板蓋形成的穩(wěn)定封閉空間內(nèi)與聲發(fā)射傳感器進(jìn)行連接。
[0009]優(yōu)選的，有源波導(dǎo)管位銅鋁材質(zhì)，且其管徑為50mm，管壁厚度為3mm;單根波導(dǎo)管的長(zhǎng)度為3m，根據(jù)鉆孔深度的不同增加或減少波導(dǎo)管的根數(shù)，兩根波導(dǎo)管之間通過(guò)螺紋旋轉(zhuǎn)連接。
[0010]優(yōu)選的，在有源波導(dǎo)管四周按深度均勻回填的角礫狀粗顆粒土粒徑為5-10mm;且膨潤(rùn)土灌漿塞的高度為0.3m。
[0011]優(yōu)選的，有源波導(dǎo)管需要貫穿滑動(dòng)面，并高出邊坡地表0.4m，與頂板蓋形成封閉穩(wěn)定空間，在其內(nèi)安置換能器和傳感器。
[0012]有益效果:在交通巖土工程實(shí)踐中，邊坡變形穩(wěn)定性的狀態(tài)監(jiān)測(cè)至關(guān)重要。我國(guó)絕大多數(shù)的地質(zhì)環(huán)境在施工設(shè)計(jì)中都必須對(duì)邊坡變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)精確的掌握邊坡的穩(wěn)定性情況至關(guān)重要?，F(xiàn)有的測(cè)斜儀或聲發(fā)射測(cè)量設(shè)備，難以解決數(shù)據(jù)的連續(xù)性和精度的問(wèn)題，容易造成邊坡加固措施的晚點(diǎn)、不及時(shí)，而且又使得在施工設(shè)計(jì)中過(guò)于保守，增加工程成本。在細(xì)顆粒土質(zhì)邊坡中難以收集到可檢測(cè)的聲發(fā)射信號(hào)，讓邊坡監(jiān)測(cè)不得不繼續(xù)采用傳統(tǒng)方法，耗時(shí)耗力。
[0013]本發(fā)明解決了國(guó)內(nèi)現(xiàn)有邊坡檢測(cè)設(shè)備難以在細(xì)顆粒土質(zhì)邊坡中獲得可檢測(cè)、連續(xù)、高質(zhì)量的變形數(shù)據(jù)這一缺陷。并且與傳統(tǒng)測(cè)斜儀相比，本發(fā)明中帶有有源波導(dǎo)的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)儀能夠更早的對(duì)邊坡的失效變形進(jìn)行預(yù)測(cè)，并且能夠在大的破壞變形后繼續(xù)收集聲發(fā)射信號(hào)直到變形大到使金屬有源波導(dǎo)桿被剪斷。該項(xiàng)技術(shù)具有連續(xù)性、可靠性和可重復(fù)性的特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明的元件裝置圖；
[0015]圖2是圖1裝置中A-A’截面的剖面圖；
[0016]其中有:頂板蓋1，換能器2，聲發(fā)射傳感器3，膨潤(rùn)土灌漿塞4，角礫狀的粗顆粒充填砂土 5，銅鋁材質(zhì)有源波導(dǎo)管6，；邊坡地表a，邊坡滑動(dòng)面b，穩(wěn)定土層c，邊坡滑動(dòng)體d。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0018]本發(fā)明的主要技術(shù)點(diǎn)在以下兩點(diǎn):一是利用有源波導(dǎo)技術(shù)，將邊坡形變產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)通過(guò)金屬有源波導(dǎo)管進(jìn)行收集，聲發(fā)射信號(hào)波在管內(nèi)只能進(jìn)行反射，限制了波的行進(jìn)路徑，減小了傳播過(guò)程中信號(hào)的衰減，基于細(xì)顆粒土體中聲發(fā)射信號(hào)傳輸?shù)膿p耗較大，這一點(diǎn)在細(xì)顆粒土質(zhì)邊坡中顯得尤為重要。二是由于粗顆粒土體能產(chǎn)生更大的聲發(fā)射信號(hào)，通過(guò)鉆孔中回填的角礫狀粗顆粒土體，從聲發(fā)射信號(hào)源的角度增強(qiáng)了細(xì)顆粒土質(zhì)邊坡產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度。二者相結(jié)合，使聲發(fā)射技術(shù)在細(xì)顆粒土質(zhì)邊坡上的運(yùn)用更為廣泛，數(shù)據(jù)更為真實(shí)可靠。
[0019]本發(fā)明公布了一種利用聲發(fā)射技術(shù)監(jiān)測(cè)土質(zhì)邊坡變形的新型裝置，該裝置首先在邊坡表面a和邊坡滑動(dòng)面b之間鉆一個(gè)直徑約120-160mm的小孔，鉆孔必須穿越滑動(dòng)面;其次在鉆孔內(nèi)插入金屬制有源波導(dǎo)管6，并根據(jù)鉆孔深度的不同增加管的數(shù)量，兩管之間通過(guò)管內(nèi)的螺紋連接，波導(dǎo)管6需要突出地表0.4m的距離，便于將換能器2與波導(dǎo)管6在一個(gè)安全穩(wěn)定