本實用新型涉及一種堤防，具體涉及一種加高培厚堤防沉降監(jiān)測裝置。

背景技術(shù)：

堤防作為典型的線性工程，跨越不同的地質(zhì)單元，其中堤防地基土以軟粘土、砂性土或二元復(fù)合結(jié)構(gòu)為主，土性總體比較軟弱。堤防加高培厚過程中，上覆填土荷載是不均勻的，新老填筑土體的物理力學(xué)特征也不可能完全一致。并且由于已有老堤防固結(jié)沉降基本完成、而培厚部分及下臥地基固結(jié)需要一定時間等諸多因素，使得兩者在結(jié)合面兩側(cè)沉降存在顯著差異，這不但引起堤頂路面起伏，還可能導(dǎo)致路面和堤身開裂，進而引發(fā)一系列的安全隱患問題。因此，對堤防沉降量進行實時監(jiān)測，及時獲得加培堤防發(fā)生不均勻沉降的數(shù)據(jù)，并根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)對堤防沉降的發(fā)展趨勢做出預(yù)測，然后采取相應(yīng)的補救措施，這是保證堤防正常運營的有效手段。

現(xiàn)有技術(shù)中對于沉降的監(jiān)測方法有多種，根據(jù)測點位置的幾何分布不同，主要可分為單點沉降、分層沉降、橫剖面沉降以及縱剖面沉降；根據(jù)測量方法不同又可分為沉降板法、電磁式沉降儀、土位移計、水平管法、靜力水準法、液壓沉降儀、光纖光柵傳感器等法，但這些監(jiān)測沉降的方法大多數(shù)都需要利用到傳感器等電子原件，成本較高，制造起來較為麻煩。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

實用新型目的：本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于堤防工程的長期實時監(jiān)測且運作成本較低的加高培厚堤防不均勻沉降監(jiān)測裝置。

技術(shù)方案：本實用新型提供了一種加高培厚堤防不均勻沉降監(jiān)測裝置，包括分別埋設(shè)在老堤防和新填堤防內(nèi)的兩個剛性儲水盒以及設(shè)于堤外的盛水盒，所述剛性儲水盒與盛水盒的頂部皆開設(shè)小孔，以保證內(nèi)部液面氣壓與外界一致，且剛性儲水盒與盛水盒順序連通、內(nèi)部注有防凍液；

每個所述剛性儲水盒內(nèi)包括豎直的支架、安裝在支架上的弧形電阻線圈、固定在支架頂端的軸承、套設(shè)在軸承外并以軸承為支點轉(zhuǎn)動的連接桿，所述連接桿的一端為與弧形電阻線圈接觸的銅制指針，另一端設(shè)有浮在防凍液液面的空心球，銅制指針與連接桿的接觸端及弧形電阻線圈的一端連接有導(dǎo)線，導(dǎo)線通過盒頂?shù)男】谞砍雠c外部電路相連。

進一步，所述盛水盒的側(cè)壁帶有刻度，便于記錄管內(nèi)液面高程。

進一步，通過柔性連接管連通所述剛性儲水盒和盛水盒。

進一步，所述剛性儲水盒和盛水盒的橫截面形狀相同，便于后續(xù)的水位變化計算。

進一步，軸承兩端所述連接桿的長度為固定比例，用以將微小的沉降進行放大。

進一步，所述儲水盒在頂部小孔處布置內(nèi)置干燥劑的網(wǎng)狀格室，防止潮濕影響測量精度。

一種加高培厚堤防不均勻沉降監(jiān)測裝置的監(jiān)測方法，包括以下步驟：

(1)選取基準點

將兩個剛性儲水盒水平埋設(shè)在老堤防和新填堤防斷面內(nèi)，盛水盒布設(shè)于堤身外部，安裝完成后通過小孔向剛性儲水盒和盛水盒形成的連通空間內(nèi)注入適當(dāng)難揮發(fā)防凍液體；

在遠離沉降區(qū)域的穩(wěn)定地基上，設(shè)置混凝土澆筑的高程基準點，測量盛水盒的底面相對于基準點的初始標(biāo)高；

(2)計算初始時刻各測量點和基準點之間的高差

假設(shè)盛水盒所在基座頂面C為基準點，各剛性儲水盒底面A、B為監(jiān)測點，則根據(jù)連通性原理可知：

h₀+H₀＝h₁+H₁＝h₂+H₂

由此得到初始時刻各測量點與基準點之間的高差為：

Δh_1-0＝H₁-H₀＝h₀-h₁

Δh_2-0＝H₂-H₀＝h₀-h₂

式中，h₀、h₁、h₂分別為盛水盒及兩個剛性儲水盒內(nèi)的液體深度，H₀、H₁、H₂分別為盛水盒及兩剛性儲水盒底面所在高程；

(3)加培堤防發(fā)生沉降后，計算各測量點和基準點之間的高差

各測量點和基準點之間的高差就是兩容器內(nèi)的水面高程差，當(dāng)加培堤防內(nèi)部發(fā)生沉降時，根據(jù)連通性原理可知，為了保證各液面在同一水平面，盛水盒內(nèi)的液體會向剛性儲水盒內(nèi)流動，最終趨于靜止；假設(shè)盛水盒內(nèi)液面下降Δh₀，兩個儲水盒內(nèi)液面上升Δh₁，Δh₂，則

Δh′_1-0＝(h₀-Δh₀)-(h₁+Δh₁)

Δh′_2-0＝(h₀-Δh₀)-(h₂+Δh₂)

(4)計算儲水盒內(nèi)液面變化Δh₁、Δh₂

以其中一個儲水盒A內(nèi)液面變化Δh₁為例，當(dāng)加培堤防未發(fā)生沉降時，通過測量電路測得接入電路中的電阻線圈長度為L₁，則相應(yīng)線圈對應(yīng)的圓周角為：

其中，R為弧形電阻線圈的半徑；

當(dāng)加培堤防發(fā)生沉降后，再次通過測量電路測得接入電路中的電阻線圈長度為L₂，則相應(yīng)線圈對應(yīng)的圓周角為：

沉降前后儲水盒內(nèi)液面變化量為：

其中k為連接桿兩端有效長度比例，即軸承至銅制指針一段與軸承至空心球一段的比值；另一儲水盒B內(nèi)液面變化計算同上；

(5)計算測量點的沉降量

通過水準儀測量基準點C相對于高程基準點的沉降量ΔS₀，則兩個儲水盒測量點相對于高程點的沉降總量為：

ΔS₁＝ΔS₀+Δh′_1-0-Δh_1-0＝ΔS₀-Δh₀-Δh₁

ΔS₂＝ΔS₀+Δh′_2-0-Δh_2-0＝ΔS₀-Δh₀-Δh₂

(6)將步驟5計算得到的沉降量，作為堤防沉降長期監(jiān)測的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，予以保存。

有益效果：本實用新型利用杠桿原理，通過布置在儲水盒內(nèi)的指針、弧形線圈及空心球等將微小的堤身變形進行有效放大，主要通過軸承兩端連接桿的有效長度比來進行，當(dāng)加培堤防內(nèi)部發(fā)生沉降時，盒內(nèi)液面高度發(fā)生改變，從而導(dǎo)致空心球的高程發(fā)生改變，由于連接桿可通過軸承發(fā)生轉(zhuǎn)動，且指針一端長度明顯比空心球這一端長的多，因此空心球的高程變化會被指針放大，導(dǎo)致電阻線圈接入電路中的長度發(fā)生了變化，最后可以通過布置在指針和弧線線圈上端的電線進行電路測量，得到電阻線圈長度后再轉(zhuǎn)換得到盒內(nèi)液面變化。

本實用新型通過承壓盒內(nèi)液面的變化引起電阻線圈接入電路中的長度，反映加培堤防的不均勻沉降，并采用柔性管結(jié)構(gòu)，具有適應(yīng)堤防較大變形的能力；對堤防變形進行實時、長期監(jiān)測，可準確、及時了解加培堤防不均勻沉降的發(fā)展過程，為預(yù)測其發(fā)展趨勢提供依據(jù)；運營、造價成本較低，便于維護，簡單實用。

附圖說明

圖1為本實用新型裝置在加培堤防中的布設(shè)圖；

圖2為本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為指針構(gòu)造示意圖；

圖4為各設(shè)備在堤防未發(fā)生沉降時相對關(guān)系示意圖；

圖5為堤防內(nèi)部沉降前后弧形電阻線圈示意圖。

具體實施方式

下面對本實用新型技術(shù)方案進行詳細說明，但是本實用新型的保護范圍不局限于所述實施例。

實施例：一種加高培厚堤防不均勻沉降監(jiān)測裝置，如圖1所示，分別埋設(shè)在老堤防和新填堤防內(nèi)的兩個剛性儲水盒1、設(shè)于堤外的剛性盛水盒9以及柔性連接管10，剛性盛水盒9的側(cè)壁帶有刻度，剛性儲水盒1與剛性盛水盒9皆為柱狀，且內(nèi)徑相同，依次通過柔性連接管10連通且內(nèi)部注有難揮發(fā)防凍液。儲水盒1和盛水盒9的頂部開設(shè)微型小孔，以保證內(nèi)部液面氣壓與外界一致，同時也為測量電纜的牽出提供方便。為保證盒內(nèi)干燥，防止潮濕對測量精度造成影響，盒上部微型小孔處還布置有網(wǎng)狀格室，內(nèi)部放置干燥劑等。

如圖2所示，每個剛性儲水盒1內(nèi)包括支架6、弧形電阻線圈2、微型軸承11、連接桿7、銅制指針3，剛性儲水盒1的底部安裝有豎直的支架6，弧形電阻線圈2為一個扇形的線框結(jié)構(gòu)，在弧形段纏繞電阻線圈2，扇形的圓點固定在支架6上，微型軸承11通過螺絲4固定在支架6的頂端。如圖3所示，連接桿7套在微型軸承11上，且可以微型軸承11作為支點進行轉(zhuǎn)動。連接桿7的一端安插與弧形電阻線圈2形成良好接觸的銅制指針3，并可在線圈2上滑動。連接桿7的另一端固結(jié)有具有一定質(zhì)量可浮在防凍液液面的空心球5。銅制指針3與線圈2接觸的末端及弧形電阻線圈2的上端連接有導(dǎo)線8，導(dǎo)線8通過盒頂?shù)男】谞砍雠c外部電路相連。軸承11兩端連接桿7的有效長度設(shè)定為固定比例，假設(shè)連接桿7兩端的有效長度相應(yīng)的比例為k(軸承11至銅制指針3一段與軸承11至空心球5一段的比值)，則當(dāng)?shù)谭纼?nèi)部發(fā)生沉降時，微小的堤防沉降將放大為電阻線圈2長度的變化，及將微小的變化放大k倍，從而提高測量精度。

上述加高培厚堤防不均勻沉降監(jiān)測裝置的監(jiān)測方法，按照以下步驟進行：

步驟1：選取基準點

將制備好的監(jiān)測裝置埋置于需要監(jiān)測沉降的加培堤防斷面，其中兩個剛性儲水盒1分別水平布置在老堤防和新填堤防內(nèi)，剛性盛水盒9布設(shè)于堤身外部，固定于澆筑混凝土埋置的基座上，安裝完成后通過小孔向連通管內(nèi)注入適當(dāng)難揮發(fā)防凍液體；

在遠離沉降區(qū)域的穩(wěn)定地基上，設(shè)置混凝土澆筑的高程基準點，測量剛性盛水盒9的基座頂面相對于基準點的初始標(biāo)高。

步驟2：加培堤防未發(fā)生沉降時，計算初始時刻各測量點和基準點之間的高差

如圖4所示，假設(shè)剛性盛水盒9所在基座頂面C為基準點，各剛性儲水盒1底面A、B為監(jiān)測點，則根據(jù)連通性原理可知：

h₀+H₀＝h₁+H₁＝h₂+H₂

由此得到初始時刻各測量點與基準點之間的高差為：

Δh_1-0＝H₁-H₀＝h₀-h₁

Δh_2-0＝H₂-H₀＝h₀-h₂

式中，h₀、h₁、h₂分別為盛水盒9及兩個剛性儲水盒1內(nèi)的液體深度，H₀、H₁、H₂分別為盛水盒9及兩剛性儲水盒1底面所在高程。

步驟3：加培堤防發(fā)生沉降后，計算各測量點和基準點之間的高差

各測量點和基準點之間的高差就是兩容器內(nèi)的水面高程差，當(dāng)加培堤防內(nèi)部發(fā)生沉降時，剛性儲水盒1和剛性盛水盒9內(nèi)的水面不在同一水平面，根據(jù)連通性原理可知，為了保證各液面在同一水平面，剛性盛水盒9內(nèi)的液體會向剛性儲水盒1內(nèi)流動，最終趨于靜止；導(dǎo)致剛性盛水盒9內(nèi)的液面下降，而儲水盒1內(nèi)的液面上升；假設(shè)剛性盛水盒9內(nèi)液面下降Δh₀，兩個儲水盒1內(nèi)液面上升Δh₁，Δh₂，則

Δh′_1-0＝(h₀-Δh₀)-(h₁+Δh₁)

Δh'_2-0＝(h₀-Δh₀)-(h₂+Δh₂)。

步驟4：計算儲水盒1內(nèi)液面變化Δh₁、Δh₂

以其中一個儲水盒A內(nèi)液面變化Δh₁為例，如圖5所示，當(dāng)加培堤防未發(fā)生沉降時，通過測量電路測得接入電路中的電阻線圈2長度為L₁，則相應(yīng)線圈2對應(yīng)的圓周角為：

其中，R為弧形電阻線圈2的半徑；

當(dāng)加培堤防發(fā)生沉降后，再次通過測量電路測得接入電路中的電阻線圈2長度為L₂，則相應(yīng)線圈2對應(yīng)的圓周角為：

沉降前后儲水盒1內(nèi)液面變化量為

其中k為連接桿7兩端有效長度比例，即軸承11至銅制指針3一段與軸承11至空心球5一段的比值；另一儲水盒B內(nèi)液面變化計算同上。

步驟5：計算測量點的沉降量

通過水準儀測量基準點C相對于高程基準點的沉降量ΔS₀，則兩個儲水盒1測量點相對于高程點的沉降總量為：

步驟6：將步驟5計算得到的沉降量，作為堤防沉降長期監(jiān)測的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，予以保存。