一种用于监测公路路基三维变形的测试设备及其应用方法

本发明涉及一种用于监测公路路基三维变形的测试设备及其应用方法，属于岩土工程路基变形领域中的一种变形监测方法。

背景技术：

1、公路路基差异沉降问题由于受其复杂的地质条件的影响，一直是岩土工程界关注的焦点问题。随着我国城市化进程加快和经济的发展，人们对出行的需求增加，高速公路建设实现从无到有的跨越式发展。由于新建公路占地较大且易形成路网不均，为了解决这一问题，现阶段我国高速公路通常采用拓宽拼接的方法。高速公路改扩建工程中，拼宽段道路与既有道路的沉降监测尤为重要。随着聚合物在现代生活各个方面的应用，土工合成材料已成为基础设施发展和更新事业中不可或缺的一部分。在过去的几十年里，土工合成工程及其相关的制造业和建筑业经历了巨大的发展，现在已经成为一项成熟的技术。土工合成技术的出现和发展对土木工程设计和施工的能力和经济性产生了重大影响。越来越多的岩土工程项目涉及到土工合成材料的应用，作为传统问题的现代解决方案，在基础设施的建设和改造中具有成熟的优势。随着使用土工合成材料建造的结构和设施在全球范围内越来越普遍，越来越重要的是确保这些结构不仅安全，而且通过变形监测和及时措施提供令人满意的可用性，以防止由于现场条件、材料特性、施工做法、环境影响等不确定性导致的结构性能不足而导致的灾难性故障和昂贵的维修。土工合成材料结构变形监测的一个重要方面是监测土工合成材料在使用寿命和极端事件期间的应变，从而可以用来确定土工合成材料层中的变形。

2、高速公路改扩建工程中，拼宽段道路与既有道路的沉降预测尤为重要。由于地基土应力历史差异，原道路下部地基土已固结沉降多年，而拼宽段地基土几乎为原状软土，其沉降特性差异较大，可影响路面服役性能，降低行车舒适度，甚至引起交通安全风险。本发明针对内观法提出一种用于监测公路路基三维沉降的测试设备及其应用方法，该测试技术对于改扩建工程三维变形监测具有安装操作简单、远程无线传输、测试结果精确度高、节约监测成本显著等优点，具有良好的社会经济效益和工程应用前景。

技术实现思路

1、技术问题：本发明针对目前国内传统沉降变形监测存在的问题，提出一种用于监测公路路基三维变形的测试设备及其应用方法，解决了传统沉降变形监测的精度低和时效性的问题，节约了社会资源，具有良好的经济效益和工程应用前景。

2、技术方案：其特征在于所述的测试设备包括：高密度聚乙烯和炭黑聚合物(1.1和1.2)，高密度聚乙烯(2)，电极(3.1和3.2)，导线(4)，数据线(5)，数据采集仪(6)；在高密度聚乙烯(2)上下布置高密度聚乙烯和炭黑聚合物(1.1和1.2)，在高密度聚乙烯和炭黑聚合物(1.1和1.2)上布置电极(3.1和3.2)，电极(3.1和3.2)通过导线(4)和数据线(5)与数据采集仪(6)连接，将上述结构横竖组合成自传感土工格栅(7)，将自传感土工格栅(7)布设在公路路基中，数据采集仪(6)读取高密度聚乙烯和炭黑聚合物(1.1和1.2)的数据。

3、一种用于监测公路路基三维变形的测试设备及其应用方法，其特征在于，高密度聚乙烯(2)上下相邻高密度聚乙烯和炭黑聚合物(1.1和1.2)，高密度聚乙烯和炭黑聚合物(1.1和1.2)的厚度为1mm，高密度聚乙烯(2)的厚度为4mm，组合成的自传感土工格栅(7)厚度为6mm，单条自传感土工格栅的宽度为18mm；高密度聚乙烯和炭黑聚合物(1.1和1.2)中炭黑与高密度聚乙烯重量的比值为49％，炭黑与高密度聚乙烯混合物的归一化电阻率和拉伸应变的相关关系如图2所示；电极(3.1和3.2)为铜金属材料，电极(3.1和3.2)等距布置在高密度聚乙烯和炭黑聚合物(1.1和1.2)上，电极(3.1和3.2)之间的间距为40mm，电极(3.1和3.2)的厚度为0.2mm，宽度为2mm，长度为18mm；数据采集仪(6)以20hz的频率读取高密度聚乙烯和炭黑聚合物(1.1和1.2)的数据。

4、一种用于监测公路路基三维变形的测试设备及其应用方法，该应用方法为：

5、(1)在公路路基铺设自传感土工格栅的位置平整场地，使铺设的位置保持水平；

6、(2)将自传感土工格栅铺满整个路基，在铺设过程中避免折弯，避免损坏自传感土工格栅中的电极和线路；

7、(3)在铺设好自传感土工格栅后，将自传感土工格栅的线路连接数据采集仪(6)，数据采集仪(6)位于道路两侧；

8、(4)自传感土工格栅连接好数据采集仪(6)后，使用路基填料先均匀的填筑100mm，然后进行大规律填筑。

9、(5)数据采集仪(6)读取高密度聚乙烯和炭黑聚合物(1.1和1.2)的数据后，将数据传输到数据处理中心，根据自传感土工格栅的变形计算得出公路路基的三维变形。

10、有益效果：本发明以高密度聚乙烯和炭黑聚合物(1.1和1.2)，高密度聚乙烯(2)，电极(3.1和3.2)，导线(4)，数据线(5)，数据采集仪(6)等部件组成，运用自传感土工格栅变形原理计算出测试点的三维变形，减少了传统变形沉降监测精度不高，且监测的仪器成本低，不需要人工去测量，具有良好的社会效益和经济效益。测试设备安装操作简单、可大范围布置、长期监测、远程无线传输、节约监测成本、测试结果精确度高、符合可持续发展的理念，具有广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种用于监测公路路基三维变形的测试设备及其应用方法，其特征在于所述的测试设备包括：高密度聚乙烯和炭黑聚合物(1.1和1.2)，高密度聚乙烯(2)，电极(3.1和3.2)，导线(4)，数据线(5)，数据采集仪(6)；在高密度聚乙烯(2)上下布置高密度聚乙烯和炭黑聚合物(1.1和1.2)，在高密度聚乙烯和炭黑聚合物(1.1和1.2)上布置电极(3.1和3.2)，电极(3.1和3.2)通过导线(4)和数据线(5)与数据采集仪(6)连接，将上述结构横竖组合成自传感土工格栅(7)，将自传感土工格栅(7)布设在公路路基中，数据采集仪(6)读取高密度聚乙烯和炭黑聚合物(1.1和1.2)的数据。

2.根据权利要求1所述的一种用于监测公路路基三维变形的测试设备及其应用方法，其特征在于，高密度聚乙烯(2)上下相邻高密度聚乙烯和炭黑聚合物(1.1和1.2)，高密度聚乙烯和炭黑聚合物(1.1和1.2)的厚度为1mm，高密度聚乙烯(2)的厚度为4mm，组合成的自传感土工格栅(7)厚度为6mm，单条自传感土工格栅的宽度为18mm。

3.根据权利要求1所述的一种用于监测公路路基三维变形的测试设备及其应用方法，其特征在于，高密度聚乙烯和炭黑聚合物(1.1和1.2)中炭黑与高密度聚乙烯重量的比值为49％。

4.根据权利要求1所述的一种用于监测公路路基三维变形的测试设备及其应用方法，其特征在于，电极(3.1和3.2)为铜金属材料，电极(3.1和3.2)等距布置在高密度聚乙烯和炭黑聚合物(1.1和1.2)上，电极(3.1和3.2)之间的间距为40mm，电极(3.1和3.2)的厚度为0.2mm，宽度为2mm，长度为18mm。

5.根据权利要求1所述的一种用于监测公路路基三维变形的测试设备及其应用方法，其特征在于，数据采集仪(6)以20hz的频率读取高密度聚乙烯和炭黑聚合物(1.1和1.2)的数据。

6.一种用于监测公路路基三维变形的测试设备及其应用方法，其特征是包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种用于监测公路路基三维变形的测试设备及其应用方法，其特征是，所述步骤(5)中，公路路基的变形计算公式为；

技术总结本发明公布了一种用于监测公路路基三维变形的测试设备及其应用方法，该测试设备主要由以下组成：在高密度聚乙烯上下布置高密度聚乙烯和炭黑聚合物，在高密度聚乙烯和炭黑聚合物上布置电极，电极通过导线和数据线与数据采集仪连接。该测试设备的现场应用方法主要为：首先，在公路路基铺设自传感土工格栅的位置平整场地，使铺设的位置保持水平；其次，将自传感土工格栅铺满整个路基，并将传感土工格栅的线路连接数据采集仪；最后，数据采集仪读取高密度聚乙烯和炭黑聚合物的数据后，将数据传输到数据处理中心，根据自传感土工格栅的变形计算得出公路路基的三维变形。该测试技术对于高速公路改扩建工程的三维变形监测具有安装操作简单、测试结果精确度高、远程无线传输、节约监测成本显著等优点。技术研发人员：王才进,谢良甫,胡雪玲,秦拥军,张涛,李康,刘学军,李悦,马莉受保护的技术使用者：新疆大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10