測(cè)斜儀
概述
   測(cè)斜儀是一種用于測(cè)量鉆孔、基坑、地基基礎(chǔ)、墻體、壩體和邊坡等工程構(gòu)筑物的頂角、方位角的儀器。
    測(cè)斜儀是一種測(cè)定鉆孔傾角和方位角的原位監(jiān)測(cè)儀器。在國(guó)外，上世紀(jì)五十年代就利用測(cè)斜儀對(duì)土石壩、路基、邊坡及其隧道等巖土工程進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)。我國(guó)從八十年代開(kāi)始引進(jìn)美、日、英等國(guó)生產(chǎn)的測(cè)斜儀對(duì)一些重大的巖土工程進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)，取得了良好效果。一些相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)隨后研制出電阻應(yīng)變式、加速度計(jì)式和電子計(jì)式等智能型測(cè)斜儀。到目前為止，各種各樣的測(cè)斜儀廣泛應(yīng)用于水利水電、礦產(chǎn)冶金、交通與城建巖土工程領(lǐng)域，在保證巖土工程設(shè)計(jì)、施工及其使用安全中，發(fā)揮了重要的作用。
簡(jiǎn)介
    測(cè)斜儀分為便攜式測(cè)斜儀和固定式測(cè)斜儀。便攜式測(cè)斜儀分為便攜式垂直測(cè)斜儀和便攜式水平測(cè)斜儀；固定式分為單軸和雙軸測(cè)斜儀。目前人工監(jiān)測(cè)應(yīng)用最廣的是便攜式測(cè)斜儀，而固定式測(cè)斜儀多用于自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。測(cè)斜儀是一種通過(guò)測(cè)定鉆孔傾斜角從而求得水平向位移的原位監(jiān)測(cè)儀器。
           測(cè)斜儀的基本配置包括測(cè)斜儀套管、測(cè)斜儀探頭、控制電纜及測(cè)斜讀數(shù)儀。
原理
    測(cè)斜管通常安裝在穿過(guò)不穩(wěn)定土層至下部穩(wěn)定地層的垂直鉆孔內(nèi)。使用數(shù)字垂直活動(dòng)測(cè)斜儀探頭，控制電纜，滑輪裝置和讀數(shù)儀來(lái)觀測(cè)測(cè)斜管的變形。第一次觀測(cè)可以建立起測(cè)斜管位移的初始斷面。其后的觀測(cè)會(huì)顯示當(dāng)?shù)孛姘l(fā)生運(yùn)動(dòng)時(shí)斷面位移的變化。觀測(cè)時(shí)，探頭從測(cè)斜管底部向頂部移動(dòng)，在半米間距處暫停并進(jìn)行測(cè)量?jī)A斜工作。探頭的傾斜度由兩支受力平衡的伺服加速度計(jì)測(cè)量所得。一支加速度計(jì)測(cè)量測(cè)斜管凹槽縱向位置，即測(cè)斜儀探頭上測(cè)輪所在平面的傾斜度。另一支加速度計(jì)測(cè)量垂直于測(cè)輪平面的傾斜度。傾斜度可以轉(zhuǎn)換成側(cè)向位移。對(duì)比當(dāng)前與初始的觀測(cè)數(shù)據(jù)，可以確定側(cè)向偏移的變化量，顯示出地層所發(fā)生的運(yùn)動(dòng)位移。繪制偏移的變化量可以得到一個(gè)高分辨率的位移斷面圖。此斷面圖有助于確定地面運(yùn)動(dòng)位移的大小，深度，方向和速率。
        測(cè)斜儀的工作原理右圖所示。當(dāng)測(cè)斜探頭在測(cè)斜管內(nèi)自下而上逐段滑動(dòng)測(cè)量時(shí)，探頭內(nèi)的傳感器敏感地反映出測(cè)斜管在每一深度段L處的傾斜角度變化，進(jìn)而根據(jù)傾斜角求出不同高程處的水平位移增量，即

  

由測(cè)斜管底部測(cè)點(diǎn)開(kāi)始逐段累加，可得任一高程處的水平位移，即

  

式中：di為第i測(cè)量段的水平位移增量；θi為第i測(cè)量段管軸線與鉛垂線的夾角；Sj為測(cè)斜管底端固定點(diǎn)(i=0)以上i=j點(diǎn)處的位移。
在測(cè)斜儀觀測(cè)時(shí)，為了消除和減少儀器的零漂及裝配誤差等，應(yīng)在位移的正方向及測(cè)頭調(diào)轉(zhuǎn)180度以后的反方向各測(cè)讀一次數(shù)據(jù)，取正反兩方向測(cè)讀數(shù)據(jù)的代數(shù)平均值作為傾角測(cè)值。

特點(diǎn)
性能卓越：便攜式數(shù)字垂直活動(dòng)測(cè)斜儀以其耐久性，高精度和反應(yīng)快速而贏得世界廣泛的贊譽(yù)。
可重復(fù)探測(cè)：為確保在各種測(cè)斜管上同樣可以探測(cè)，測(cè)斜儀探頭配備了堅(jiān)固的輪架，密封的輪軸和特殊設(shè)計(jì)的測(cè)輪。
使用壽命長(zhǎng)：探頭結(jié)構(gòu)緊湊，允許通過(guò)小半徑曲線，安裝使用期限超過(guò)了其他所有廠商的測(cè)斜儀。
計(jì)算機(jī)率定：每個(gè)測(cè)斜儀探頭都經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)率定工作臺(tái)嚴(yán)格率定
可靠的控制電纜：控制電纜非常耐用而且便于搬運(yùn)，即使在低溫下也可以保持靈活耐用的特點(diǎn)。控制電纜還具有耐化學(xué)腐蝕及耐磨損的特性，并提供了極好的空間穩(wěn)定性。柔韌的橡皮深度標(biāo)記永久可靠地硬化在電纜護(hù)套上。標(biāo)記不會(huì)松散，也沒(méi)有會(huì)損壞電纜護(hù)套及導(dǎo)線的毛刺。
深度控制一致：滑輪裝置為推薦輔助設(shè)備，它有助于操作者完成統(tǒng)一的深度控制。只能單向活動(dòng)的電纜夾具確保了探頭的位置一致。
系統(tǒng)的完整性：測(cè)斜儀系統(tǒng)包括高質(zhì)量的測(cè)斜管，垂直和水平的活動(dòng)測(cè)斜儀，垂直和水平的固定測(cè)斜儀，記錄讀數(shù)裝置，圖表分析軟件和專(zhuān)用附件。
傳感器測(cè)頭參數(shù)

讀數(shù)儀表參數(shù)
           時(shí)鐘精度：不大于±5ppm；

存貯單元：可分四個(gè)工作區(qū)，在設(shè)定孔深假定為50米（缺省值，出廠時(shí)可設(shè)置）的情況下，每個(gè)工作區(qū)可存放2000多個(gè)測(cè)孔數(shù)據(jù)；最大每個(gè)孔深可設(shè)250米。

存儲(chǔ)方法：面板按鍵存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和無(wú)線遙控器按鍵存儲(chǔ)；

參數(shù)輸入：可自主輸入傳感器三次方參數(shù)；

位移顯示：可選擇顯示原始數(shù)據(jù)或直接顯示位移量；

電池：3.7V/3000mAH聚合物可充電鋰電池；

顯示屏：240*128圖形點(diǎn)陣LCD顯示屏；

本機(jī)工作電流：不大于10mA（無(wú)背光及外接傳感器）；

通訊方式：USB接口UART，波特率：9600bps；

充電時(shí)間：2~8小時(shí)。
監(jiān)測(cè)應(yīng)用步驟
       準(zhǔn)備工作
 布置觀測(cè)點(diǎn)與成孔：對(duì)于一個(gè)場(chǎng)地或者結(jié)構(gòu)物,觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)該因地制宜，合理布置。一般要求相鄰觀測(cè)點(diǎn)的水平距離為一個(gè)成孔深，也可根據(jù)巖土工程等級(jí)適當(dāng)加密或減少觀測(cè)點(diǎn)。施工時(shí)盡量要求鉆孔是鉛錘的，偏差角應(yīng)小于2°。終孔直徑應(yīng)大于測(cè)斜管外徑30mm，鉆孔深度應(yīng)超過(guò)最深位移帶5m。所有鉆孔在埋設(shè)測(cè)斜管前應(yīng)該進(jìn)行驗(yàn)收，合格后才能埋設(shè)。
測(cè)斜管的安裝：測(cè)斜管的安裝質(zhì)量是測(cè)試效果的關(guān)鍵，應(yīng)該遵循如下步驟：
1）將測(cè)斜管裝上管底蓋，用螺絲或膠固定；
2）將測(cè)斜管按順序逐根放入鉆孔中，測(cè)斜管與測(cè)斜管之間用接管連接，并用螺絲固定。測(cè)斜管在安裝中應(yīng)注意導(dǎo)槽的方向，導(dǎo)槽方向必須與設(shè)計(jì)要求定準(zhǔn)的方向一致。將組裝好的測(cè)斜管按次序逐節(jié)放入鉆孔中，直至孔口；
3）當(dāng)確認(rèn)測(cè)斜管安裝完好后即可進(jìn)行回填(一般用膨潤(rùn)土球或原土沙。回填時(shí)每填至3～5m時(shí)要進(jìn)行一次注水，使膨潤(rùn)土球或原土沙遇水后，與孔壁結(jié)合的牢固，直至孔口；
4）測(cè)斜管地表管口段澆注混凝土，做成混凝土墩臺(tái)以保護(hù)管口和管口轉(zhuǎn)角的穩(wěn)定性。墩臺(tái)上應(yīng)設(shè)置位移和沉降觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)；
5）露在地表上的測(cè)斜管應(yīng)注意做好保護(hù)，蓋上管蓋，防止物體落入；6）安裝完成后的測(cè)斜管應(yīng)先用模擬測(cè)斜儀試放，試放時(shí)測(cè)斜管互成90°的兩個(gè)導(dǎo)向槽都應(yīng)從上到下試放到，保證模擬測(cè)斜儀順測(cè)斜管能順暢通過(guò)。
測(cè)斜儀的組裝：在測(cè)試之前必須對(duì)測(cè)斜儀進(jìn)行檢驗(yàn)校正，并做好測(cè)試前的準(zhǔn)備工作，再進(jìn)行組裝。
 測(cè)試過(guò)程
      首先將測(cè)斜儀置入測(cè)斜管內(nèi)，要使導(dǎo)向輪完全進(jìn)入導(dǎo)向槽內(nèi)。方向應(yīng)為導(dǎo)向輪的正向與被測(cè)位移坐標(biāo)(+X)的正向一致時(shí)測(cè)值為正，相反為負(fù)。然后根據(jù)電纜上標(biāo)明的記號(hào)，每基本長(zhǎng)度測(cè)讀一次測(cè)斜管軸線相對(duì)基準(zhǔn)軸線的傾角。測(cè)試方式應(yīng)遵循下面兩個(gè)要點(diǎn):當(dāng)測(cè)斜管下部可靠固定在基巖中(埋入深度應(yīng)大于5000mm)，可認(rèn)定基巖沒(méi)有位移。此時(shí)測(cè)量可至下而上測(cè)讀一次，直至管口；當(dāng)測(cè)斜管底部懸掛(底部未與基巖固定)，此時(shí)測(cè)量應(yīng)由上至下進(jìn)行測(cè)量。
監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集與整理分析