静力水准仪的原理及分类-南京峟思

　　背景：建筑物在承受荷载作用时，地基土表面的竖向变形或下沉是不可避免的。均匀的沉降对建筑物的影响教小，不过也要注意沉降速度，如果是不均匀的沉降会对建筑物造成比较严重的危害，它会引起附加应力，导致建筑物的裂缝和局部构件的断裂，从而危及建筑物的安全。因此，利用静力水准仪对建筑物主要部位的沉降做好监测具有非常重要的作用，那么今天主要来给大家介绍一下静力水准仪是利用的什么原理以及静力水准仪的分类：

　　静力水准仪的原理及分类

　　静力水准仪的根据是“连通管”原理，在两端开口的U型管注入液体后，液体在大气压力和重力的作用下，会保持在同一个水平面。

　　根据这个原理，市面上出现了液位式静力水准仪和压差式静力水准仪。

　　液位式静力水准仪是通过测量每个测点液位变化的高度来计算沉降的，而压差式静力水准仪是通过计算不同测点间的液体压力变化量再除以液体的密度和重力加速度得到沉降值。

　　按照测量液位的方式，液位式静力水准仪可分为磁致伸缩、超声波、电容三种。

　　磁致式静力水准仪是利用磁致伸缩原理开发出的新一代、高精度液位测量产品，是一种非接触式液位测量传感器。主要用于大坝、核电站、高层建筑、矿山、滑坡、桥梁、隧道、大型建筑等垂直位移的监测，具有高分辨率、高精度、高稳定性、高可靠性、响应时间快，工作寿命长等特点。

什么是应变？什么是应力？很多人对应变应力傻傻分不清楚，今天就让南京峟思来给大家介绍下什么是应变和应力，以及他们的计算公式。

首先我们先来介绍下应变，应变是指在外力和非均匀温度场等因素作用下物体局部的相对变形。

再来介绍下应力，应力就是物体由于外因（受力、湿度、温度场变化等）而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并试图使物体从变形后的位置恢复到变形前的位置。这个力就是应力，实际就是压强，单位MPa。

如果还是不能理解，那么我来举个例子：当你站在一块砖上的时候，这块砖本身会因为受力变的矮一点点（敲黑板：世界上没有在受力之后形状大小内部各点相对位置不变的物体），那变矮的一点点就是物体的变形，降低之后的高度差和原先的高度比就是所谓的应变。应变是受到应力之后产生的相对变形率，是一种比值，因此应变是没有单位的，这时候大家再想一想，如果力的方向是反的，那么压缩就会变成拉伸，计算的方式是不变的。

假设长度为L的结构物受力发生形变后的长度变为L'，那么它的长度变化量ΔL=L'-L，而应变ε就是变化量ΔL与原长度L的比值，公式如下：

ε = ΔL / L

应变量跟承受的应力变化量有什么关系呢，请看计算公式：

σ = ε·E

式中 σ 表示应力，E 是被测物的弹性模量，是描述材料弹性的物理量，可以把它看成材料抗变形的能力（刚性），发生同样变形（应变值一样）的两种材料，抗变形能力越强（弹性模量大）的材料，所承受的应力越大。比如同样大小的豆腐和砖块，想要使它们的高度都被压缩1mm，前者只需轻轻一压，而砖块则须借助工具了。

以上是南京峟思工程仪器给大家介绍的关于应力应变的内容，如果还有其他问题，小伙伴们可以在评论区留言，我们一起探讨吧~

液压式静力水准仪（ZDHD-YSZ）是测量高差及其变化的精密仪器。主要用于管廊、大坝、核电站、高层建筑、基坑、隧道、桥梁、地铁等垂直位移和倾斜的监测。液压式静力水准仪（ZDHD-YSZ）一般安装在被测物体等高的测墩上或被测物体墙壁等高线上，通常通过现场采集箱内置单机版采集软件实现自动采集数据并存储于现场采集系统内，再通过有线或无线通讯与互联网相连进而传到后台网络版软件，从而实现自动化观测。

液压式静力水准仪（ZDHD-YSZ）是一种高精密液位测量系统，该系统适用于测量多点的相对沉降。在使用中，多个液压式静力水准仪（ZDHD-YSZ）的容器用通液管联接，每一容器的液位由相关传感器测出，进而可测出各测点的液位变化量。

液压式静力水准仪（ZDHD-YSZ）的原理：

在液压式静力水准仪（ZDHD-YSZ）的系统中，所有各测点的垂直位移均是相对于其中的一点(又叫基准点)变化，该点的垂直位移是相对恒定的或者是可用其它方式准确确定，以便能精确计算出液压式静力水准仪（ZDHD-YSZ）系统各测点的沉降变化量。特点：直线测量，位置输出，非接触式连续测量，永不磨损，防护等级IP67。传感器不用重新标定，也不用定期维护，输入/输出多种选择，可选择电压、电流模拟信号输出，RS485数字信号输出。安装简单方便与其它液位变送器和液位计相比有明显的优势。

液压式静力水准仪（ZDHD-YSZ）的用途：

液压式静力水准仪（ZDHD-YSZ）是用于测量基础和建筑物各个测点的相对沉降的精密仪器。主要用于大型建筑物如水电站厂、坝、高层建筑物、核电站、水利枢纽工程岩体等各测点相对沉降，不均匀沉降的测量。

 
　　液压式静力水准仪（ZDHD-YSZ）的特点：

1.采用有机玻璃管作为贮液容器，透明度好，可以直观的反应容器内液面的高度便于目测。

2.上下端盖采用铝合金材料制成，表面氧化处理，及轻便又防锈。

3.传感器采用全不锈钢制造永不生锈，外部全封闭式结构，防水性能好。

4.传感器安装采用螺纹连接固定，无需其它附件，及简单又牢靠。

5.上端盖或底板上装有水平泡，便于仪器的安装调平。

6.安装架装有3套调节螺栓对仪器底板形成3点支撑，便于仪器的安装调平。

武汉中地恒达科技有限公司是从事地质灾害监测仪器及设备，工程监测仪器，GNSS接收机，固定式测斜仪，倾角计，静力水准仪，测缝计，应变计，测距仪，位移计，信号采集仪，泥石流监测，环境监测等仪器及解决方案的供应商。工程监测仪器，系统www.zdhdkj.cn

静力水准仪是利用连通器原理，在管道和容器内的液体达到液面平衡时，实现液位测量的。由于流动的水具有惯性、粘滞性及温度差，必须等水彻底停止流动、系统温度趋于一致后才能准确测量，否则会导致数据波动剧烈导致频繁的误报。如果被测物有外力作用、振动、管道较长、串联的测点较多时，水面彻底平静需要较长时间，难以实现实时准确的动态位移测量。因此特意命名为静力水准仪，必须在静态情况下才能使用。

1、管道长度：如果管道过长，水流在管道内流动的阻力较大，需要较长时间液位才能平稳，因此测量的时间周期较长。一般来说，每个静力水准测量系统的管道长度不适超过300米，且线路尽量平直，非要拐弯的地方，适用较大的转弯角度，尽量减少水头损失。

2、保温：静力水准仪一般使用水来做介质，一般来说管道较长，管道中的水温受环境影响较大，温度的变化会导致水的密度的变化，产生对流，导致测量误差增大。因此在户外使用时，需要使用保温材料对管道及传感器进行保温，防止温差过大。保温材料选择常见的冬季自来水管防冻保温泡沫管即可。如果是压差式的静力水准仪，可以使用保护水表的泡沫保温套进行包裹保护；

3、管道连接：为保证所有传感器内液体上方的气压相等，必须用气管把所有传感器连接起来。但是如果在开阔地使用，且使用范围不是很大时，可认为都处于同一个大气环境下的各测点的气压都是一个相同的大气压。此时可以不使用气管，简化系统。但如果是在隧道内使用，需要使用气管连接所有测点

4、液体选择：静力水准仪一般使用水来做介质，在气温低于0°时，水会结冰膨胀，导致系统失效。因此一般使用防冻液来代替水。防冻液还可以起到避免水中微物的滋长。防冻液可使用汽车水箱的防冻液，选择有色的防冻液，可直观看到管道中是否有气泡；

5、水箱的使用：无论是否使用气管来联通水箱，都必须让水箱与大气相通，否则水箱内的水不能自由流动，会导致数据误差。联通大气的水箱内的水容易蒸发，可以在水面上滴上数滴硅油，隔绝水与空气的接触，可防止水分蒸发。硅油可使用液态机油，或普通的矿物润滑油即可。

重力坝是由砼或浆砌石修筑的大体积挡水建筑物，其基本剖面是直角三角形，整体是由若干坝段组成。重力坝在水压力及其他荷载作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求;同时依靠坝体自重产生的压力来抵消由于水压力所引起的拉应力以满足强度要求。重力坝的变形监测可以及时发现和分析重力坝变形的情况，及早预警并采取措施，以确保重力坝的稳定性和安全性。那么重力坝变形监测断面布置要注意什么呢？

1、变形横向监测断面垂直于坝轴线方向布置，应布置在地质或坝体结构复杂的坝段、高坝段和其他有代表性的坝段。

2、变形横向监测断面的数量，应根据地质情况、坝体结构和 坝顶轴线长度等因素确定，可设1 个～3个；对于坝顶轴线长度大于800m 的，可设3个～5个。当存在需兼顾准直系统基点、折线坝型等特殊情况时，横向监测断面的数量可视需要布置。

3、变形纵向监测断面平行于坝轴线方向布置，纵断面上的测 线沿高程方向宜设在坝顶和基础廊道，高坝宜结合坝内廊道及坝 后交通设施，在坝体中间高程布置纵向测线。

以上就是重力坝变形监测断面布置具体要求，南京峟思传感器，专业技术团队，渗压计、量水堰计、测斜仪等传感器产品以及MCU自动采集模块全力支持大坝安全监测。

　　首先我们来了解一下为什么要进行基坑监测？基坑作为基础建设的底层组成成分，关系着上层建筑的稳固安全，进行基坑监测主要是为了确保工程的安全、有效地管理工程施工，以下是具体的原因介绍：

　　1. 减少工程风险：基坑施工过程中会发生不同程度的变形，如果不及时监控和处理，会导致基坑的塌陷，引发严重的安全事故，同时也会对周边地区造成影响。

　　2. 控制工程质量：通过对基坑的监测，可以及时发现问题，及时进行处理和修正，确保基坑的施工质量和施工进度。

　　3. 确保工程顺利进行：基坑监测可以实时监控工程进展和施工质量，及时发现并处理问题，有利于保证工程按计划进行，并减小工程变更的几率。

　　4. 为工程后期使用提供保障：基坑监测数据可以作为后期工程维护和管理的参考依据，为工程后期的使用和维护提供保障。

　　在了解了基坑监测重要性之后峟思来和大家一起聊一聊基坑监测主要包括哪些方面的内容：

　　1、地下水位监测：可以使用水位计监测周边地下水位变化，避免基坑失稳和坍塌。

　　2、地面沉降监测：土体沉降仪可以监测周边建筑物或道路的沉降情况，避免因沉降导致的基坑失稳和坍塌。

　　3、水压监测：渗压计可以监测基坑水压的情况，避免水压过大导致基坑失稳。

　　4、支撑结构监测：应变计、应变计对基坑支撑结构进行监测，确保结构物的稳定性。

　　5、土体变形监测：位移计、测斜仪、测缝计能够监测周边土体的各种变形情况，避免因土体的变形导致基坑失稳和坍塌。

　　6、环境监测：采用翻斗式雨量监测仪监测该地区降雨量变化数据量。

　　以上是南京峟思给大家介绍的相关内容，通过对以上监测内容的实施，可以确保基坑施工安全可靠，防止发生事故。

　　渗流是尾矿库中常见的问题之一，尾矿坝中的水压应力过大，不仅会影响尾矿库的稳定性还会导致水库溃，给周边环境和人员造成一定的伤害。做好渗流压力监测了解坝体渗流压力变化的趋势，能够评估尾矿库坝体的稳定性以及可能存在的不安全情况，发现隐患并及时处理，确保尾矿库及周边环境的安全。下面南京峟思工程仪器给大家介绍的是关于坝体渗流压力监测中仪器及安装：

　　1、渗流压力监测仪器，应根据不同的监测目的、土体透水性、渗流场特征以及埋设条件等，一般选用测压管或振弦式渗压计（孔隙水压力计）。作用水头小于20m的坝、渗透系数大于或等于10-4cm／s的土中、渗压力变幅小的部位、监视防渗体裂缝等，宜采用测压管；作用水头大于20m的坝、渗透系数小于l0-4cm／s的土中、监测不稳定渗流过程以及不适宜埋设测压管的部位，宜采用振弦式渗压计（孔隙水压力计），其量程应与测点实际压力相适应。

　　2、测压管宜采用镀锌钢管或硬塑料管，一般内径不大于50mm。

　　3、测压管的透水段，一般长1～2m，当用于点压力监测时应小于0.5m，测压管的沉积段，一般长0.5～1m。外部包扎足以防止周围土体颗粒进入的无纺土工织物，透水段与孔壁之间用反滤料填满。

　　4、测压管的导管段应顺直，内壁光滑无阻，接头应采用外箍接头。管口应高于地面，并加防止雨水进入和人为破坏的保护装置。

　　5、测压管的埋设，除必须随坝体堆筑适时埋设外，可钻孔埋设。随坝体堆筑施工埋设时，应确保管壁与周围土体结合良好和不因施工遭受破坏。

　　6、孔隙水压力计的选型，一般选用振弦式仪器。当粘土的饱和度低于95%时，应选用带有细孔陶瓷滤水石的高进气压力孔隙水压力计。

　　7、孔隙水压力计埋设时，宜在埋设点附近适当取样，进行土的干密度、级配等物理性质试验。

　　峟思工程仪器仪表品牌的渗压计产品经过严格的质量控制和检测，保证产品的稳定性和精度，符合国际标准和行业规范，可以满足不同工程项目的监测需求。渗压计产品可以通过多种通信方式与MCU自动测量单元进行远程数据传输，方便用户远程监控和管理渗压计传输过来的数据。

沉降监测在当今工程施工应用中是非常广泛的一个监测项目，而且很多工程出现事故的前兆都带着异常的垂位移，也就是沉降。所以目前重要的建筑施工单位在实施工地项目时，都会引入沉降监测系统，而沉降监测系统中运用较多的其中之一就是液压静力水准仪，因为其具备高精度，实时性的特点，这中自动化的沉降监测系统被引入工程检测工作中，并成为了工程监测的常用有效手段。

那么中地恒达出产的液压静力水准仪具备怎么样的特点呢，通过实例分析来一一展示中地恒达静力水准仪自动化沉降监测系统的优势。当今很多工程监测项目，人工采集数据的传统方法依然存在，但是其监测范围小，数据传输不及时，工作量大，无法实现实时监测的问题始终存在，自然也就暴露了很多的安全隐患。而液压静力水准仪作为静力水准仪的一种，自然也保持了所有水准仪的特点。精度高和自动化性能好的特点就不是人工监测能做到的，而且数据的24小时实时监控和传输，也不是人工能做到的。并且一起设备能运用在人工无法长时间作业的特殊环境中，实现实时在线监测，能及时作出预警，消除隐患，避免灾难的发生。

中地恒达静力水准仪自动化监测系统测量原理。中地恒达液压静力水准仪系统在使过程中，一系列的传感器容器使用通液管连接，其中注入一定量的液体，保证所有容器中的液体可以自由流动，利用连通液的原理，多支通过连通管连接在一起的储液罐的液面总是在同一水平面，即保持相同的高度，但是各个容器中的液体深度并不相同，这也就反映了各个容器所在的各个参考点的高度的不同。当容器液位发生变化时即被传感器感应，通过测量不通储液罐的液面高度，经过计算可以得出各个中地恒达液压静力水准仪仪的相对差异沉降。

　　在多点系统中，所有传感器的垂直位移均是相对于其中任意一点（基准点或参照点）的变化，该点的垂直位移应是相对稳定的或者是可用其它人工观测手段来确定，并在整个观测过程中对基准点高程进行修正，以便能精确计算中地恒达液压静力水准仪系统各测点的沉降变化。

武汉中地恒达科技有限公司是工程监测仪器 www.zdhdkj.cn，地灾监测系统，环境监测系统及各类监测项目解决方案的供应商和服务商。主营产品有：普适型gnss接收机、倾角加速度计、导轮式固定测斜仪，液压静力水准仪、无线低功耗倾角计、磁致伸缩式静力水准仪、数字信号采集仪、双轴倾角计等

静力水准仪中有一种连通式沉降仪，是应用很广泛的。一般是多个静力水准仪的容器用通液管相连接，每个容器的液位由磁致伸缩式传感器测出。因为该传感器利用磁致伸缩原理研发，所以这种水准仪被称为磁致伸缩式静力水准仪。

要了解连通管式沉降仪的工作原理就要先知道这款水准仪的结构组成。传感器主要由测杆、电子仓和套在测杆上的非接触浮球组成，测杆内装有磁致伸缩线(波导丝)，测杆由不导磁的不锈钢管制成，可靠地保护了波导丝。那么知道了结构之后，再来分析他的工作原理。工作原理就是通过测量电子仓内部发射部位到浮球的距离，推算浮球所在液面的液位变化量。这种传感器是一种非接触式的液位传感器，所以使用的寿命很长，不容易发生磨损，稳定性好，精度高。

由磁致伸缩式静力水准仪组成的一套沉降监测系统，在对各个测点的埋设高程上是有一定要求的，高程差不应过大。当测点容器相对于基准容器和基准传感器或任意测点容器之间产生沉降变化时，整个系统的水平面都会有所改变。用专业的采集系统就能分析解算出相对沉降量。这样的一款连通式沉降仪国内市场中很常见，但是每一款都有着或多或少的区别，因为现在很多高新企业，有这自己的技术研发团队，针对一些仪器设备都在做出自己的技术创新，不管是在监测数据的获取精度上，还是分析解算速度上都在不断进步。所以现在大家在选择静力水准仪时，一定要了解仪器的品牌公司实力，仪器的技术层面，口碑如何。

这款连通管式沉降仪-磁致伸缩式静力水准仪就介绍完了。不管是基坑、边坡、桥梁、风机等等建筑，做沉降监测时，这款仪器都是一个不错的选择。