【文章內(nèi)容簡介】 又稱伸長計(jì)、鉆孔伸長儀或鉆孔位移計(jì)，主要是用來觀測地下（深度為20m以上）基巖變形的位移計(jì)，變位計(jì)分為單點(diǎn)變位計(jì)和多點(diǎn)變位計(jì)兩類。多點(diǎn)數(shù)在國內(nèi)最多為6點(diǎn)，國外可多達(dá)10點(diǎn)。量測變形的傳感器有測微表式、電位器式、鋼弦式和差動(dòng)電阻式。(A)用途單雙點(diǎn)錨固式變位計(jì)是一種比較經(jīng)濟(jì)、操作簡單、結(jié)構(gòu)牢固、工作可靠、容易安裝的測量地下形變的監(jiān)測儀器。廣泛用于礦井、隧洞及巖石開挖周邊的應(yīng)變測量，建筑物基礎(chǔ)和橋墩變形觀側(cè)，以及土壩邊坡穩(wěn)定監(jiān)測等。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在容易鉆孔地方，在相鄰鉆孔不同深度安裝多支單點(diǎn)變位計(jì)，進(jìn)行各點(diǎn)之間的多點(diǎn)觀測比在同一鉆孔設(shè)置多點(diǎn)變位計(jì)要好。(B)結(jié)構(gòu)型式國內(nèi)使用的單點(diǎn)桿式變位計(jì)由灌漿錨栓、測桿與錨栓接頭、裝在保護(hù)套管內(nèi)的傳遞桿、變位計(jì)基準(zhǔn)端、電測傳感器等組成。（C）工作原理變位計(jì)的灌漿錨栓與巖體牢固連成一體，當(dāng)巖體沿鉆孔軸線方向發(fā)生位移時(shí)，錨栓帶動(dòng)傳遞桿沿伸到鉆孔孔口基準(zhǔn)端，使得位于基準(zhǔn)端的伸長測量儀表也隨著位移產(chǎn)生相應(yīng)的變化，隨著錨點(diǎn)的移動(dòng)．相對于基準(zhǔn)端的伸長即可測出。 （多點(diǎn)位移計(jì)）（A）用途在同一鉆孔中沿其長度方向設(shè)置不同深度的測點(diǎn)3～6個(gè)，測量各測點(diǎn)沿長度方向的位移，適用于各種建筑物基礎(chǔ)及巖土工程，如隧洞、廠房、洞室、邊坡、壩基等基巖不同深度變形監(jiān)側(cè)。（B）結(jié)構(gòu)型式多點(diǎn)變位計(jì)主要由錨頭、傳遞桿、護(hù)管、支承架、前（后）護(hù)筒、傳感器、護(hù)罩以及灌漿管（或壓力水管）組成(如圖236所示)。傳感器可用人工測讀的機(jī)械式測微儀表，也可用遠(yuǎn)程傳箱的電測傳感器如線性電位器式位移計(jì)、差動(dòng)電阻式位移計(jì)、鋼弦式位移計(jì)等。常用錨頭有四種：（1） 可膨脹型巖石錨。多用于單雙點(diǎn)變位計(jì)，快速安裝。具有較大膨脹量和扭力，能在表面不平破碎巖石鉆孔或受到爆破作用的地方有效地錨固。（2） 彈簧錨頭。適用于鉆孔均勻平滑的堅(jiān)硬巖石中，安裝簡捷，特別適用于同一鉆孔有兩個(gè)或更多錨頭的變位計(jì)。（3） 灌漿錨頭。變位計(jì)先裝好錨頭與傳遞桿永久接觸，再灌漿定位錨固。 圖236 多點(diǎn)變位計(jì)示意圖1—保護(hù)罩；2—傳感器；3—預(yù)埋安裝管；4—排氣管； 5—支承板；6—護(hù)套管；7—傳遞桿；8—錨頭；9—灌漿管（C）工作原理當(dāng)鉆孔各個(gè)錨固點(diǎn)的巖體產(chǎn)生位移時(shí)，經(jīng)傳遞桿傳到鉆孔的基準(zhǔn)端，各點(diǎn)的位移量均可在基準(zhǔn)端進(jìn)行量測?；鶞?zhǔn)端與各測點(diǎn)之問的位置變化即是測點(diǎn)相對于基準(zhǔn)的位移。根據(jù)這原理可用多點(diǎn)變位計(jì)監(jiān)測建筑物某一部位相對另一部位，建筑物相對基礎(chǔ)，基礎(chǔ)某一部位相對另一部位的位移。如果要觀測巖石的絕對變形，可使變位計(jì)最深的錨頭固定在基巖變形范圍之外，即找到穩(wěn)定不變的基準(zhǔn)點(diǎn)，就可測出基巖的相應(yīng)變形值。（六）滑動(dòng)測微計(jì)滑動(dòng)側(cè)微計(jì)是瑞士Solexperts公司為監(jiān)測沿某一直線的應(yīng)變分布而制造的高精度便攜式儀器，從原理和功能來看，這是一種比較新穎的鉆孔多點(diǎn)變位計(jì)。滑動(dòng)測微計(jì)用于確定在巖石、混凝土和土中沿某一測線的應(yīng)變和軸向位移的全部分布情況。在混凝土壩中可用其觀測由于水位變化、溫度變化和混凝土收縮所產(chǎn)生荷載作用。研究壩肩和巖石間相互作用。在隧道等地下工程可用它確定松動(dòng)區(qū)，觀測膨脹。在樁基、防滲墻和各種隔墻中，可用它觀測沿樁和墻的兩側(cè)測線的應(yīng)變，從而確定其曲率，估計(jì)其彎矩，確定其偏位曲線。該儀器由探頭、電纜、絞線盤和測讀儀組成。探頭的兩個(gè)測頭做成球面，探頭內(nèi)設(shè)有線性位移傳感器（LVDT）。電纜為加強(qiáng)的測量電纜，長100m，配有絞線盤。測讀儀為Solexperts的SDC 數(shù)據(jù)控制器，是菜單驅(qū)動(dòng)的多用途讀數(shù)和數(shù)據(jù)采集裝置。將滑動(dòng)式測微計(jì)插入鉆孔的套管中。在滑移位置，探頭可沿套管從一個(gè)測標(biāo)滑到另一個(gè)測標(biāo)。使用導(dǎo)桿，探頭旋轉(zhuǎn)45176。到達(dá)測試位置，向后拉緊加強(qiáng)電纜，利用錐面—球面原理，使探頭的兩個(gè)測頭在相鄰兩個(gè)測標(biāo)間張緊，探頭中傳感器被觸發(fā)，并將測試數(shù)據(jù)通過電纜傳到測讀裝置上。周圍介質(zhì)（土、巖石或混凝上）的變形會(huì)引起測標(biāo)產(chǎn)生相對位移。因此，滑動(dòng)測微計(jì)能對某測線的應(yīng)變或軸向位移獲得高精度的側(cè)量。使用滑動(dòng)測微計(jì)，可以在很短時(shí)間內(nèi)測得結(jié)果，鉆孔深30m，自上而下和自下而上測試一次，不要30min就可完成。五、收斂計(jì)主要用于固定在建筑物、基坑、邊坡及周邊巖體的錨栓測點(diǎn)間相對變形的監(jiān)測。它可以在施工期 和竣工后 定期觀測隧洞頂板下沉，坑道頂版下垂，基坑形變，邊坡穩(wěn)定性的表面位移等。收斂計(jì)主要由鋼卷尺（銦瓦鋼或高彈性工具鋼）、百分表、測量拉力裝置及與錨栓測點(diǎn)相連接的連接掛鉤等部分組成。 ( 2 英寸）孔距用高精度加工穿孔，測力計(jì)張拉定位進(jìn)行拉力粗調(diào)。彈簧控制拉力使鋼尺張緊，百分表進(jìn)行位移微距離讀數(shù)測量。圖237 收斂計(jì)示意圖1—錨固端；2—鋼卷尺（每隔2英寸穿一孔）；3—校正拉力指示儀；4—壓力彈簧；5—密封外殼；6—百分表；7—拉伸鋼絲；8—旋轉(zhuǎn)軸承；9—鋼帶卷軸測量是將收斂計(jì)一端的連接掛鉤與測點(diǎn)錨栓上不銹鋼環(huán)相連（如圖238所示），展開鋼尺使掛鉤與另一端測點(diǎn)的錨栓相連。張力粗調(diào)可把收斂計(jì)測力裝置上的插銷定位于鋼尺穿孔中來完成。張力細(xì)調(diào)則通過測力裝置微調(diào)至恒定拉力時(shí)為止。六、測縫計(jì)測縫計(jì)顧名思義是測量結(jié)構(gòu)接縫開度或裂縫兩側(cè)塊體間相對移動(dòng)的觀測儀器。按其工作原理有差動(dòng)電阻式測縫汁、電位器式測縫計(jì)、鋼弦式測縫計(jì)、旋轉(zhuǎn)電位器式測縫計(jì)以及金屬標(biāo)點(diǎn)結(jié)構(gòu)測縫裝置等。測縫計(jì)與各種形式加長桿連接可組裝成基巖變形計(jì)，用以測量基巖變形。（一）差動(dòng)電阻式測縫計(jì)差動(dòng)電阻式測縫計(jì)用于埋設(shè)在混凝土內(nèi)部，遙測建筑物結(jié)構(gòu)伸縮縫的開合度，經(jīng)過適當(dāng)改裝，也可監(jiān)測大體積混凝土表面裂縫的發(fā)展以及基巖的變形。如測量兩壩段間接縫的相對位移，大壩管道中結(jié)構(gòu)裂縫（接縫）的監(jiān)測，軟弱基巖中夾泥層的變形與錯(cuò)動(dòng)、斷層破碎帶的變形監(jiān)測等。測縫計(jì)由上接座、鋼管、波紋管、接線座和接座套筒等組成儀器外殼。電阻感應(yīng)組件由兩根方鐵桿、彈簧、。兩根方鐵桿分別固定在上接座和接線座上。兩組電阻鋼絲繞過高頻瓷絕緣子張緊在吊拉簧和玻璃絕緣子焊點(diǎn)之間，并交錯(cuò)地固定在兩根方鐵桿上（如圖238所示）。外套塑料套以防止埋設(shè)時(shí)水泥漿灌人波紋管間隙內(nèi)，保持伸縮自如。圖238 差動(dòng)電阻式測縫計(jì)1—接座套筒；2—接線座；3—波紋管；4—塑料殼；5—鋼管；6—中性油；7—方鐵桿；8—彈性鋼絲；9—上接座；10—彈簧；11—高頻磁絕緣子當(dāng)測縫計(jì)承受外部變形時(shí)，由于外殼波紋管以及傳感部件中的吊拉彈簧將大部分變形承擔(dān)了，小部分變形引起鋼絲電阻的變化。而且兩組鋼絲的電阻在變形時(shí)的變化是差動(dòng)的．電阻的變化與變形成正比。測出電阻比即可算出測縫計(jì)承受的變形量，根據(jù)差動(dòng)電阻式儀器的特性還可利用測出的電阻值算出測點(diǎn)的溫度值。測縫計(jì)外殼剛度很小。自由狀態(tài)電阻比實(shí)際上不是一個(gè)穩(wěn)定值，受油的膨脹，縱向受力的大小不同而異。因此，不能以自由狀態(tài)電阻比作為考核儀器穩(wěn)定的指標(biāo)，而應(yīng)該用冰點(diǎn)電阻值。埋設(shè)時(shí)也要注意在側(cè)縫計(jì)上堆積的流態(tài)混凝土厚度不要超過30cm ，以免儀器受壓而損壞。（二）鋼弦式測縫計(jì)鋼弦式測縫計(jì)常用鋼弦式位移傳感器改裝。量程10mm、20mm、30mm、50mm，最大可達(dá)100mm。如大于100mn可用兩個(gè)或多個(gè)傳感器串聯(lián)使用。與差動(dòng)電阻式測縫計(jì)基本相同。該儀器由一個(gè)經(jīng)過系列熱處理的振弦感應(yīng)元件構(gòu)成，一端連接弦的應(yīng)力釋放彈簧，而另一端是連接桿。鋼弦式測縫計(jì)結(jié)構(gòu)如圖239所示。圖239 鋼弦式測縫計(jì)當(dāng)連接桿從儀器主體拉出，彈簧拉伸導(dǎo)致應(yīng)力增加，并由振弦元件感應(yīng)。彈簧的應(yīng)力與弦張力成正比，裂縫的開度用弦式讀數(shù)儀通過測量應(yīng)變的變化即可精確的確定。（三）金屬標(biāo)點(diǎn)測縫裝置觀測混凝土建筑物伸縮縫的開合度。（1） 對混凝土建筑物表面裂縫觀測，可采用在裂縫兩側(cè)混凝土表面各埋設(shè)一個(gè)金屬標(biāo)點(diǎn)。用游標(biāo)卡尺測定兩金屬標(biāo)點(diǎn)間距的變化值，即為裂縫寬度的變化值。也可用電阻絲片貼在裂縫上，進(jìn)行短期觀測。（2） 為了觀測伸縮縫的空間變化，可采用三點(diǎn)式金屬標(biāo)點(diǎn)。3 個(gè)金屬標(biāo)點(diǎn)中兩點(diǎn)埋設(shè)在伸縮縫一側(cè)，其連線平行于伸縮縫，并與位于伸縮縫另一側(cè)的第3個(gè)標(biāo)點(diǎn)構(gòu)成等邊三角形．且三點(diǎn)大致位于同一水平面上。（3） 用型板式三向標(biāo)點(diǎn)（如圖2310所示），也可觀測伸縮縫的空間變化。用寬30，厚7二的金屬板制成3個(gè)方向相互垂直的測量拐角架。并在其上焊三對不銹鋼或銅標(biāo)點(diǎn)，用以觀測3個(gè)方向的變化。用螺栓將拐角架錨固在混凝上上。用游標(biāo)卡尺或千分卡尺測量三對標(biāo)點(diǎn)的距離X、Y 、Z ，兩次觀測間所測得數(shù)值的變化即反映伸縮縫的三向變化。圖2310 型板式三向標(biāo)點(diǎn)結(jié)構(gòu)安裝示意圖1—觀測X方向的標(biāo)點(diǎn)；2—觀測Y方向的標(biāo)點(diǎn)；3—觀測Z方向的標(biāo)點(diǎn)；4—伸縮縫（四）3DM200型二向、三向測縫計(jì)由單向大量程位移計(jì)構(gòu)成的二向測縫計(jì)和三向測縫計(jì)，主要用于混凝士面板堆石壩周邊伸縮縫開合度的觀測?；炷撩姘逵芍喊迮c巖坡和壩址牢靠連接。面板與趾板之間為周邊伸縮縫，通稱周邊縫。觀測最大壩高處的周邊縫的兩向位移，即垂直面板的沉降（或上升）和沿坡面向河谷的開合位移，應(yīng)采用兩向測縫計(jì)組：沿兩巖坡周邊縫的三間位移觀測，即沉降或上升，垂直周邊縫的開合位移及沿縫向的剪切位移，應(yīng)采用三向測縫計(jì)組。3DM200型三向測縫計(jì)由3個(gè)旋轉(zhuǎn)電位器式位移傳感器、支護(hù)件和智能化二次儀表三部分組成。其結(jié)構(gòu)示意圖為圖2311（a），支護(hù)件由坐標(biāo)板、保護(hù)罩、伸縮節(jié)和標(biāo)點(diǎn)支架組成。支護(hù)件的主要作用是在坐標(biāo)板上固定3個(gè)位移傳感器，在預(yù)埋板上設(shè)置位移標(biāo)點(diǎn)P，以形成一個(gè)相對的坐標(biāo)系。3個(gè)位移傳感器由3 根不銹鋼絲引接并交于P點(diǎn)。保護(hù)罩用來保護(hù)不銹鋼絲不受外界擾動(dòng)或損壞。伸縮節(jié)由土工布制作，置于保護(hù)罩與位移標(biāo)點(diǎn)之間，以保證當(dāng)面板位移時(shí)，標(biāo)點(diǎn)P在測縫計(jì)量程范圍內(nèi)自由移動(dòng)。支護(hù)件的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)周邊縫的構(gòu)造而定。該種測縫計(jì)是基于在周邊縫一側(cè)的標(biāo)點(diǎn)P相對于另一側(cè)安裝了三支傳感器的坐標(biāo)板的空間位移，通過測量3根鋼絲位移的變化，來換算求得縫的沉陷｛上升）、開合和切向位移。其測量原理見圖2311（b）。圖2311 3DM200型測縫計(jì)安裝示意圖（a）傳感器安裝細(xì)部（b）測量原理圖1—位移傳感器；2—坐標(biāo)板；3—傳感器固定螺母；4—不銹鋼絲；5—傳感器托板；6—周邊縫；7—預(yù)埋板（虛線部分埋入面板內(nèi)）；8—鋼絲交點(diǎn)；9—面板；10—趾板：11—固定螺栓；12—支架七、測斜類儀器測斜類儀器通常分為測斜儀和傾斜計(jì)（儀）兩類；用于鉆孔中測斜管內(nèi)的儀器，習(xí)慣稱之為測斜儀；而設(shè)置在基巖或建筑物表而，用作測定某一點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)量，或某一點(diǎn)相對于另一點(diǎn)垂直位移量的儀器稱為傾斜儀。測斜儀是通過測量測斜管軸線與鉛垂線之間夾角變化量，來監(jiān)測土、巖石和建筑物的側(cè)向位移的高精度儀器。廣泛用于土石壩、混凝土壩的壩肩、壩基和壩體中側(cè)向位移的監(jiān)測；天然和人工開挖邊坡滑動(dòng)剪切而的位置和位移方向的確定；碼頭、橋基、橋臺、擋土墻和隔墻等的斜度觀測；基坑開挖、大型洞室邊墻、豎井、隧道、坑道及地下工程周邊地區(qū)穩(wěn)定性監(jiān)測等。測斜儀有常規(guī)型和固定型兩種。常規(guī)型就是習(xí)慣稱之為滑動(dòng)型測斜儀。帶有導(dǎo)向滑動(dòng)輪的測斜儀在測斜管中逐段測出產(chǎn)生位移后管軸線與鉛垂線的夾角，分段求出水平位移，累加得出總位移量及沿管軸線整個(gè)孔深位移的變化情況。固定型是把測斜儀固定在測斜管某個(gè)位置上進(jìn)行連續(xù)、自動(dòng)、遙控測量儀器所在位置傾斜角的變化。它不能測量沿整個(gè)孔深的傾角變化，但它可以安裝在庫水位以下的上游壩斷而或者觀惻人員難以到達(dá)的高邊坡上。測斜儀的傳感器型式很多種，有伺服加速度計(jì)式、電阻應(yīng)變片式、電位器式、鋼弦式、電感式、差動(dòng)變壓器式等。國內(nèi)多采用伺服加速度計(jì)式和電阻應(yīng)變片式。（一）伺服加速度計(jì)式伺服加速度計(jì)式測斜儀是建筑物及基礎(chǔ)側(cè)向位移觀測中應(yīng)用較多的一種測斜儀，精度高、長期穩(wěn)定性好。整套測斜儀裝置包括測斜儀測頭、測斜管和接收儀表組成。（A）測斜儀測頭測斜儀測頭，由敏感部件、殼休、導(dǎo)向輪和引出電纜四部分組成。（1） 敏感部件為伺服加速度計(jì)，有雙向和單向兩種。單向伺服加速度計(jì)是測量導(dǎo)向輪在測斜管的導(dǎo)向槽滑動(dòng)時(shí)，所在平面的傾角。雙向的另一伺服加速度計(jì)是測量垂直導(dǎo)向輪所在平面的傾角。（2） 殼體為650mm長的金屬桿（一般用不銹鋼制作）。殼體上有四個(gè)導(dǎo)向輪，分別安裝在兩輪架上。輪架可繞軸心旋轉(zhuǎn)，且有彈力壓持滾輪使測頭保持在測斜管的導(dǎo)槽內(nèi)滑動(dòng)。上下兩輪架的旋轉(zhuǎn)平面位于同一平面，兩輪架旋轉(zhuǎn)軸間的距離L 稱為測斜儀標(biāo)距，L ＝500mm。（3） 引出電纜要耐久，低溫時(shí)仍保持柔軟，抗化學(xué)腐蝕，且具有良好的尺寸穩(wěn)定性。，以便知道測頭讀數(shù)確切位置。測頭引出電纜裝有一插座，使用時(shí)將電纜插頭插入并固緊。插頭座之間有密封裝置，能承受1Mpa水壓力。（B）測斜管（1） 測斜管用聚氯乙烯、ABS塑料和鋁合金等材料專門加工而成。管內(nèi)有互成90176。的4個(gè)導(dǎo)向槽。塑料測斜管多用于建筑物內(nèi)部的水平位移觀測。鋁合金通常用于表面的位移觀測，如混凝土面板堆石壩的撓度觀測。（2） 測斜管口加管蓋，防止從管口掉雜物入管內(nèi)。蓋頂設(shè)一吊環(huán)用以提取管蓋。該儀器用力平衡式伺服加速度計(jì)作為敏感元件，通常由敏感質(zhì)量、換能器、伺服放大器、力矩器四部分組成〔見圖2312（a）〕，當(dāng)外界加速度a沿敏感軸方向輸入時(shí)〔見圖2312 ( b )〕，敏感質(zhì)量m相對平衡位置運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生慣力F或慣性力矩M，通過換能器將此機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電壓信號μ，再通過伺服放大器變成電流信號I，將此信號反饋到處于恒定磁場中的力矩線圈而產(chǎn)生反饋力Foc，或反饋力矩M∝，與慣性力F或慣性力矩M平衡，直到敏感質(zhì)量m再次恢復(fù)到原來的平衡位置，此時(shí)F∝=F。根據(jù)牛頓第二定律F=ma，和電流通過恒定磁場內(nèi)線圈所產(chǎn)生的電磁力公式F∝＝BLI。得ma＝BLI，式中B為恒定磁場中磁感應(yīng)密度；L為線圈導(dǎo)線長度。令K=m/BL，則：I=Kα （231）式中K為常數(shù)，反饋電流I正比于被測加速度a的大小。在伺服放大器輸出端接精密電阻R，即可取出輸出電壓Uc=IR＝KaR，故測出輸出電壓的大小，即可知被測加速度a值。以上是電感式伺服加速度計(jì)的原理，電容式伺