岩土与地下工程监测实验指导书.pdf

同济大学本科教材出版基金资助岩土与地下工程监测实验指导书夏才初陈忠清编著 图书在版编目(C I P)数据 岩土与地下工程监测实验指导书/夏才初，陈忠清编著.上海：同济大学出版社，2 0 1 9.1 0 I S B N 9 7 8-7-5 6 0 8-8 7 5 2-4 .岩.夏陈.岩土工程-监测-高等学校-教学参考资料地下工程测量-高等学校-教学参考资料.T U 4 1 3 T U 1 9 8 中国版本图书馆C I P数据核字(2 0 1 9)第2 0 5 2 9 5号岩土与地下工程监测实验指导书夏才初 陈忠清 编著责任编辑 李 杰 胡晗欣 责任校对 徐春莲 封面设计 陈益平出版发行 同济大学出版社 w w w.t o n g j i p r e s s.c o m.c n(地址：上海市四平路1 2 3 9号 邮编：2 0 0 0 9 2 电话：0 2 16 5 9 8 5 6 2 2)经 销 全国各地新华书店、建筑书店、网络书店排 版 南京月叶图文制作有限公司印 刷 大丰科星印刷有限责任公司开 本 7 1 0 mm9 6 0 mm 1/1 6印 张 7字 数 1 4 0 0 0 0版 次 2 0 1 9年1 0月第1版 2 0 1 9年1 0月第1次印刷书 号 I S B N 9 7 8-7-5 6 0 8-8 7 5 2-4定 价 2 8.0 0元本书若有印装质量问题,请向本社发行部调换 版权所有 侵权必究1 目 录第1章 传感器标定实验1 1.1 概述1 1.2 实验仪器设备及原理1 1.2.1 振弦式传感器1 1.2.2 标定设备3 1.3 实验操作与记录6 1.3.1 操作步骤6 1.3.2 实验记录8 1.4 实验成果整理8 1.4.1 振弦式土压力盒和孔压计标定实验成果整理8 1.4.2 振弦式测缝计标定实验成果整理9 1.5 实验注意事项1 1第2章 无线自动测试系统实验1 4 2.1 概述1 4 2.2 实验仪器设备及原理1 4 2.2.1 仪器设备1 4 2.2.2 实验原理1 7 2.3 实验准备工作1 8 2.3.1 系统软件的安装及使用1 8 2.3.2 无线静态应变仪使用前的准备工作1 9 2.4 实验操作与记录2 0 2.4.1 操作步骤2 02 2.4.2 实验记录2 4 2.5 实验成果整理2 4 2.6 实验注意事项2 4第3章 地下结构与岩土体深层水平位移监测实验2 7 3.1 概述2 7 3.2 实验仪器设备及原理2 7 3.2.1 仪器设备2 7 3.2.2 实验原理2 9 3.3 实验准备工作3 1 3.4 实验操作与记录3 2 3.4.1 操作步骤3 2 3.4.2 实验记录3 2 3.5 实验成果整理3 3 3.6 实验注意事项3 5第4章 深基坑施工和监测模型实验3 7 4.1 概述3 7 4.2 实验仪器设备及原理3 8 4.2.1 仪器设备3 8 4.2.2 实验原理3 8 4.3 实验准备工作4 2 4.3.1 监测元件的安装4 2 4.3.2 测点编号4 2 4.3.3 接线4 4 4.4 实验操作与记录4 5 4.4.1 操作步骤4 5 4.4.2 实验记录4 9 4.5 实验成果整理4 9 4.5.1 计算4 9 4.5.2 结果分析5 1 4.6 实验注意事项5 23 第5章 隧道洞周收敛监测实验5 5 5.1 概述5 5 5.2 实验仪器设备及原理5 5 5.2.1 仪器设备和配件5 5 5.2.2 实验原理5 7 5.3 实验准备工作5 8 5.4 实验操作与记录5 9 5.4.1 操作步骤5 9 5.4.2 实验记录6 0 5.5 实验成果整理6 0 5.6 实验注意事项6 2第6章 土体分层沉降监测实验6 4 6.1 概述6 4 6.2 实验仪器设备及原理6 4 6.2.1 仪器设备6 4 6.2.2 实验原理6 6 6.3 实验准备工作6 6 6.4 实验操作与记录6 7 6.4.1 操作步骤6 7 6.4.2 实验记录6 8 6.5 实验成果整理6 8 6.6 实验注意事项7 0第7章 隧道地质雷达探测实验7 2 7.1 概述7 2 7.2 实验仪器设备及原理7 2 7.2.1 仪器设备7 2 7.2.2 实验原理7 4 7.3 实验操作与记录7 5 7.3.1 操作步骤7 5 7.3.2 实验记录7 64 7.4 实验成果整理7 6 7.5 实验注意事项7 8第8章 超声波测试实验8 0 8.1 概述8 0 8.2 实验仪器设备及原理8 0 8.2.1 仪器设备8 0 8.2.2 实验原理8 2 8.3 实验操作与记录8 4 8.3.1 操作步骤8 4 8.3.2 实验记录8 6 8.4 实验成果整理8 6 8.5 实验注意事项8 8第9章 类岩石材料不均匀冻胀实验9 0 9.1 概述9 0 9.2 实验仪器设备及原理9 0 9.2.1 仪器设备9 0 9.2.2 实验原理9 4 9.3 实验操作与记录9 5 9.3.1 操作步骤9 5 9.3.2 实验记录9 7 9.4 实验成果整理9 8 9.5 裂隙岩体不均匀冻胀实例9 8 9.5.1 试件制作9 8 9.5.2 试件安装9 9 9.5.3 实验数据处理9 9参考文献1 0 41 第1章 传感器标定实验1.1 概述传感器标定主要用于建立传感器输入量和输出量之间的关系，明确传感器的输出特性，得到输出特性曲线或标定曲线。本实验的目的是理解传感器标定的基本概念，熟悉传感器标定的基本方法和过程，掌握传感器标定结果的使用，以及了解振弦式土压力盒等传感器的原理与测试方法。1.2 实验仪器设备及原理1.2.1 振弦式传感器1.工作原理通过外力作用下传感器钢弦内应力的变化，转变为钢弦振动频率的变化，再将频率信号经电缆输出，从而实现压力及位移的量测，如式(1-1)所示。f=12L(1-1)2 式中 f 钢弦振动频率；L 钢弦长度；钢弦密度；钢弦所受的张拉应力。2.常见传感器类型(1)振弦式土压力盒(图1-1 a)。土压力盒的量程可根据实际工程需要选用，常见量程有0.4MP a，0.6MP a，1.0MP a及2.0MP a，测量精度一般可达0.1%F.S.，广泛应用于建筑、交通、水电、大坝、隧道等工程领域的现场土压力监测。(2)振弦式孔压计(图1-1 b)。孔压计的量程可根据实际工程需要选用，常见量程有0.4MP a，0.6MP a，1.0MP a及1.6MP a，测量精度一般可达0.1%F.S.，广泛应用于建筑、交通、水电、大坝、隧道等工程领域的现场孔隙水压力监测。(3)振弦式测缝计(图1-1 c)。测缝计的量程可根据实际工程需要选用，常 见 量 程 有2 0 mm，5 0 mm及1 0 0 mm，测 量 精 度 一 般 可 达0.1%F.S.，广泛应用于建筑、交通、水电、大坝、隧道等工程领域的现场表面变形监测。a.振弦式土压力盒 b.振弦式孔压计 c.振弦式测缝计图1-1 传感器实物图3 1.2.2 标定设备1.手摇式压力校验器手摇式压力校验器用于振弦式土压力盒的标定，主要由9部分组成，如图1-2 a所示。a.实物图b.原理示意图1摇手；2活塞；3油缸；4压力盒固定器；5压力表；6总油阀；7压力盒油阀；8压力表油阀；9储油杯。图1-2 手摇式压力校验器4 当手摇活塞推进时，油缸内的液压油流向压力盒端和压力表端或储油杯，如图1-2 b所示。油的流向取决于三个油阀的开闭状态：当总油阀打开时，油流入储油杯，无法加载；当总油阀关闭，且压力盒油阀或压力表油阀打开时，油流向压力盒及压力表，进行加载。当手摇活塞后退时，如果总油阀打开，则储油杯里的油进入油缸，起到油缸加油的作用；如果总油阀关闭，且压力盒油阀或压力表油阀打开，则压力盒端或压力表端的液压油流向油缸，进行卸载。2.液压标定台液压标定台可用于振弦式土压力盒、孔压计等传感器的标定，主要由标定罐、手 动 试 压 泵、压 力 表 及 振 弦 式 读 数 仪(或 称 为 频 率 仪)组 成(图1-3)。(1)标定罐(图1-3 a)。罐体净尺寸一般为 3 0 0mm8 0 0mm，用来存放待标定传感器和水。罐盖上设有压力表连接端(1个)、传感器电缆线出口端(8个)和手动试压泵连接端(1个)。标定罐最高工作压力一般为4.0MP a。a.试验标定罐 b.手动试压泵图1-3 液压标定台实物图5 (2)手动试压泵(图1-3 b)。主要用来给标定罐提供压力源，得到传感器标定过程中所需的各级压力。(3)压力表。用于量测各级加压时标定罐内的压力，可根据传感器标定需要选择合适的精度和量程。(4)振弦式读数仪。用于标定过程中采集振弦式土压力盒及孔压计传感器在各级压力下的输出频率。扫频激励范围一般为5 0 060 0 0H z，频率的测量分辨率为0.1 H z，模数的测量分辨率为0.1F，测量精度为0.0 1%F.S.。3.测缝计标定台测缝计标定台用于振弦式测缝计的标定，主要由手摇把、主框架、次框架、数显尺及测缝计固定端等组成(图1-4)。标定范围为02 5 0mm，标定精度为0.0 1mm。标定过程中，通过手摇把控制次框架在主框架上前后移动，次框架同时带动数显尺移动；测缝计的两端通过螺栓分别固定在主框架和次框架上；最后通过转动手摇把改变测缝计的伸缩长度。图1-4 测缝计标定台实物图6 1.3 实验操作与记录1.3.1 操作步骤1.利用手摇式压力校验器标定振弦式土压力盒(1)测试无压频率。将土 压 力 盒 标 定 装 置 卸 载 至 油 压 表 读 数 为0MP a，使土压 力 盒 处 于 无 压 状 态，测 量 并 记 录 土 压 力 盒 的 输 出 频率f0。(2)加载测试有压频率。根据土压力盒标定装置的油压表读数，按0.0 2MP a分1 0级加载至0.2 MP a，测量并记录土压力盒的输出频率fi(i=1，2，1 0)。(3)卸载测试有压频率。根据土压力盒标定装置的油压表读数，按0.0 2MP a分1 0级卸载至0 MP a，测量并记 录 土 压 力 盒 的 输 出 频 率fi(i=1，2，1 0)。(4)结束操作。将土压力盒标定装置完全卸载，确认总油阀、压力盒油阀和压力表油阀全部打开，压力表读数为零，将活塞推至零行程。2.利用液压标定台标定振弦式土压力盒及孔压计(1)将待标定的传感器放入标定罐体中，将传感器的电缆线头拉出罐体外，并向罐体内注满水。(2)将罐体法兰圈上“O”形密封槽清理干净，并放上“O”形密封圈，然后把罐盖立在罐体的法兰上，将传感器的电缆线头从罐盖上的出线口引出至罐盖外，并合上罐盖。(3)对准罐体法兰与罐盖周边的螺纹孔，用螺栓拧紧，同时在罐盖上的电缆出线口安装橡胶密封塞，并用压紧螺栓拧紧密封。7 (4)从罐盖的压力表连接端口向罐体内注水，直至连接管泵端口处出水，然后将连接管与手动压力泵连接并拧紧。(5)操作手动压力泵，向罐体内压水，直至压力表连接端口处冒水，并立即拧上相适应的压力表，此时采用振弦式读数仪测读并记录土压力盒或孔压计的初始输出频率f0。(6)继续操作手动压力泵向标定罐体内加压，直至标定实验规定值后保持恒压，此时采用振弦式读数仪测读并记录土压力盒或孔压计的输出频率fi。(7)重复步骤(6)，直至完成各级加载压力下土压力盒或孔压计输出频率的测读和记录，然后进行卸载，直至完成各级卸载压力下土压力盒或孔压计输出频率的测读和记录。(8)实验完毕后，先卸去压力值，再按照相应的步骤打开标定罐，取出传感器。3.利用测缝计标定台标定振弦式测缝计(1)转动手摇把，调节测缝计固定端之间的距离。(2)将测缝计安装在标定台上，并拧紧固定端的螺栓，以避免标定过程中测缝计与主、次框架端产生相对移动。(3)打开数显尺的红色电源开关，再按绿色“0”开关进行清零。(4)根据测缝计的量程确定标定时的各级伸缩量，转动手摇把以拉伸测缝计，至各级目标伸长量时，采用频率仪测读并记录相应的频率，即进程读数。(5)反方向转动手摇把以压缩测缝计，至各级目标压缩量时，采用频率仪测读并记录相应的频