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专利名称：用于检测目标区域的结构稳定性的方法和设备的制作方法
技术领域：
下面的描述涉及ー种用于检测目标区域的结构稳定性的方法和设备。
背景技术：
一般地，使用示振器、应变仪、地下水测量计等来预测建筑内的薄弱区域例如斜井、软弱带和挡土墙的倒塌。由基岩形成的建筑在小变形之后可能断裂。在断裂之前难以注意到变形，因为不存在特殊的断裂征兆。在断裂之前可以注意到变形。然而，由于断裂的征兆不能通过测量位移、应カ等来预测，因此通过測量位移、应カ等来为建筑倒塌做准备是不正确的。地下水的变化可以导致建筑弱化，但是不能通过测量地下水的变化来获得用于确定断裂征兆的可 靠数据。可选择地，可以通过測量声发射(AE)来掌握建筑中的断裂征兆，但是AE因成本高而没有广泛用于建筑エ地。而且，由于AE技术安置在建筑的表面上并仅用于检测表面的断裂，因此不能根据建筑内部的变形检测到大規模破坏发生时的断裂征兆。即，由于AE技术仅检测表现和事后现象，因此存在许多对于为断裂做准备而言无意义的情況。

发明内容
本发明的实施例g在提供ー种用于检测目标区域的结构稳定性的方法，在不使用昂贵检测器的条件下，事先准确地检测出大規模破坏出现时的征兆现象，还提供一种用于该方法的设备。为了实现本发明的实施例，提供了ー种用于检测目标区域的结构稳定性的方法，该方法包括将多个电极沿着目标区域的深度方向设置在目标区域中，所述电极由填充材料围绕；通过电极測量微电势差，当填充材料根据目标区域的变化因カ而变形时，产生微电势差；和基于测量到的微电势差，判断目标区域的结构稳定性。所述将多个电极沿着目标区域的深度方向设置在目标区域中可包括通过沿着深度方向给目标区域钻孔，来形成钻孔；沿着深度方向将电极设置在该钻孔内；和用填充材料填充该钻孔与电极之间的空间。所述沿着深度方向将电极设置在该钻孔内可包括将电极附接到非导电的托架，以间隔开；和将托架设置在该钻孔内。所述将电极附接到非导电的托架可包括通过使具有相同长度的多个杆组合起来，来形成托架；和为每个杆附接ー个电扱。所述填充该钻孔与电极之间的空间可包括填充压电材料或与目标区域相比具有更大饱和度的材料作为填充材料。压电材料可包括石英、陶瓷、硫酸锂、偏铌酸铅和钛酸钡中至少之所述通过电极测量微电势差可由通过电线连接到每个电极的测量装置执行。
所述基于測量到的微电势差判断目标区域的结构稳定性可包括通过将测量到的微电势差与测试值相比较来判断 目标区域的结构稳定性，测试值与施加到填充材料的カ产生微电势差的特性相关。可以获得測量到的微电势差，以形成沿着深度方向对应于电极的位置的曲线。为了实现本发明的另ー实施例，提供了ー种用于检测目标区域的结构稳定性的设备，该设备包括非导电的托架，沿着长度方向延伸，使得托架设置在钻孔内，所述钻孔沿着深度方向钻于目标区域中；多个电极，沿着长度方向设置在托架上；填充材料，围绕所述电极；和測量装置，电连接到每个电极，从而基于在电极中测量到的微电势差来判断目标区域变形的状态。托架可包括多个可拆卸地联接的杆。填充材料可包括压电材料或与目标区域相比具有更大饱和度的材料。压电材料可包括石英、陶瓷、硫酸锂、偏铌酸铅和钛酸钡中至少之一。測量装置可包括用于传送目标区域的变形状态的判断结果的发送器。


图1-3是示出施加到试样的应カ引起的变形和微电势差的变化型式。图4是说明根据示例性实施例的用于检测目标区域的结构稳定性的方法的流程图。图5是更具体地说明根据示例性实施例的用于检测目标区域的结构稳定性的方法的流程图。图6是示出安装了根据示例性实施例的利用电势差的目标区域稳定性检测设备100的状态的概念图。图7是示出用于组装图6的托架110和电极120的方法的分解透视图。图8是示出由图6的測量装置140測量到的微电势差的曲线的概念图。
具体实施例方式下面，參照附图详细描述用于检测目标区域的结构稳定性的方法和用于该方法的设备。在本说明书的全部实施例中，相同或相似的构成元件具有相同或相似的附图标记，对不同示例性实施例中的相同或相似构成元件同样应用了相同的描述。根据示例性实施例的检测目标区域的结构稳定性的方法g在预先检测诸如基岩、斜坡、土工构造物、挡土墙和软弱带的目标区域的变形。该检测方法使得能够掌握目标区域的可能的倒塌并为这种可能性做好准备。作为检测的技术原理，在示例性实施例中測量在目标区域因力施加到目标区域而发生变形时产生的电势差。測量基准可以通过向试验用的样品施加应カ的试验来确认，这參照图1-3来描述。图1-3是示出施加到试样的应カ引起的变形和微电势差的变化型式。图1-3示出当诸如岩石、混凝土或土壌的试样暴露于压缩力或张カ时因力引起的变形而产生微电势差。该微电势差根据变形的发展而増加，并在显示出峰值之后保持在预定的水平或显著减小。然而，常见的是，微电势差的拐点或峰值产生在可能使试样断裂的变形之前。
具体地，如图I所示，根据试样的压缩，微电势差在到达预定值之后保持正常值，这是典型的情況。统计上，该趋势的出现占全部测试的约70%。图2示出微电势差在峰值明显出现之后下降的类型。图3示出上述两个类型相结合的类型。在图3的类型中，微电势差在峰值出现之后下降，再次增加并保持正常值。e v表示微电势差的峰值或拐点处的变形程度，e p表示到达断裂应カ的点处的变形程度。常见的是，在图1-3的全部类型中，ev在ep之前出现。如上所述，意味着可以在试样断裂之前检测到微电势差的峰值或拐点。下面，參照图4和5描述基于上述原理的检测目标区域的结构稳定性的方法。图4是描述根据示例性实施例的用于检测目标区域的结构稳定性的方法的流程图。图5是更具体地描述根据示例性实施例的用于检测目标区域的结构稳定性的方法的流程图。如图4所示，根据示例性实施例的用于检测目标区域的结构稳定性的方法可包括设置多个电极的步骤SI、測量微电势差的步骤S2和判断目标区域的结构稳定性的步骤S3。在设置多个电极的步骤SI中，在用填充材料围绕电极的状态下，沿着目标区域内的深度方向设置电极。在測量微电势差的步骤S2中，当填充材料根据目标区域的变化因カ而变形时，产生微电势差。在判断目标区域的结构稳定性的步骤S3中，基于测量到的微电势差，判断目标区域的结构稳定性。參照图5详细描述用于检测目标区域的结构稳定性的方法。在步骤S11，可以将在目标区域内由填充材料围绕的电极埋在建筑物下方。如上所述，目标区域将是具有倒塌可能性的区域，例如基岩、斜坡、土工构造物、挡土墙和软弱帯。电极可以沿着深度方向设置到目标区域。深度方向可以包括目标区域的表面的垂直方向和倾斜方向。此外，电极由填充材料围绕。填充材料可以是水泥或灰浆、压电材料或具有比目标区域大的饱和度的材料。在使用水泥或灰浆的情况下，可以通过在电极沿着深度方向设置在圆柱形鋳型内的状态下浇注水泥或灰浆，通过固化来形成填充材料和电极的组件。在建造目标区域(建筑物)期间，通过将该组件设置在预定位置，来埋设该组件。不同地，如果目标区域的建筑物完工，则可以在步骤S12采用后面在目标区域中形成钻孔的方法。通过在目标区域的位置处钻孔，来形成所述钻孔。在形成钻孔时，在步骤S13，在钻孔内沿着深度方向设置电极。在设置了电极之后，在步骤S14，用填充材料填充钻孔的空间。參照图7详细描述包括以规则的间隔保持电极位置并将电线连接到每个电极的详细安装形式。如图5所示，在步骤S15，通过位于沿着目标区域的深度方向隔开的位置上的电极，来測量微电势差。当填充材料根据目标区域的变形因カ而变形时，通过填充材料的变形而产生了微电势差。存在这样的方法通过比较每个电极的电势与基准电势，在每个电极中測量微电势差。作为另一方法，可以通过比较每个电极中的电势，来测量每个电极的相对微电势差。 通过比较根据填充材料变形而測量到的微电势差与大致设定的基准值，可以预测目标区域的一深度处(即，电极位置处)的变形和根据该变形的可能的倒塌。
此外，在该示例性实施例中，在实验室中单个地测试设置成围绕多个电极的填充材料。填充材料变形时产生的微电势差的參数被设定为基准值，并在步骤S16中与上述测量到的微电势差相比较。
虽然目标区域的构成物质不同，但是可以通过将填充材料试样(甚至具有与安装在目标区域中的填充材料相同的形状)的测试结果设定为基准值，来实现对目标区域的客观测量。具体而言，电势产生量取决于目标区域所含的岩石的类型。由具有低电势产生量的岩石形成的结构是存在的。然而，填充材料用作使电势产生量増加、甚至使具有低电势产生量的岩石的电势产生量増加的增强器。不直接测量目标区域的构成物质中产生的微电势差，而是间接測量填充材料中产生的微电势差。然而，采用间接测量方法必须考虑的基于机械特性的效果或目标区域与填充材料之间的相互作用在技术上表现为可以忽略的程度。结果，在根据示例性实施例的填充材料作为待测量对象的方法中，保持了机械准确性，并且基准值不因目标区域的构成而变化。因此，根据示例性实施例的方法提供了如下好处该方法在无需修正的条件下用于分析各种区域。通过上述比较，在步骤S17判断目标区域的变形状态。具体地，如果测量到的微电势差处于稳定的范围内，则判断目标区域不存在安全性的问题。然而，如果测量到的微电势差在稳定的范围之外，则在步骤S18用警报通知目标区域的安全性问题。基于该警报，管理人员确定目标区域的变形程度或倒塌的危险等级，并决定是否在目标区域中进行加固作业。參照图6描述用于实现上述检测方法的目标区域稳定性检测设备100。图6是示出安装了根据示例性实施例的利用电势差的目标区域稳定性检测设备100的状态的概念图。如图6所示，目标区域稳定性检测设备100可包括非导电托架110、多个电极120、填充材料130和测量装置140。托架110—般由非导电材料制成。托架110插入到钻孔D中，该钻孔D沿着深度方向形成在目标区域0上。托架110形成了电极120沿着深度方向间隔开安装的框架。电极120在电极120附接到托架110的状态下沿着目标区域0的深度方向设置在不同的高度处。具有良好导电性的廉价金属，例如铜板，可以用于电极120。填充材料130通过围绕托架110和电极120来填充钻孔D内的空间。填充材料130可以具有与钻孔D的形状相应的圆柱形形状。通常用于建筑エ地的诸如水泥或灰浆的材料可以用作填充材料130。不同地，与目标区域0相比具有更大饱和度的材料或压电材料也可以用作填充材料130。由于压电材料变形时产生电，因此压电材料容易产生微电势差。压电材料的示例可以包括石英、陶瓷、硫酸锂、偏铌酸铅和钛酸钡中的至少ー个。具有大饱和度的材料还可以具有容易产生微电势差的益处。測量装置140电连接到每个电极120，以测量每个电极120中的微电势差。測量装置140基于测量到的微电势差測定目标区域0的变形状态。測量装置140可包括用于传送表示目标区域0的变形状态的测定结果的发送器。控制中心通过发送器接收测定结果，管理人员可以利用该测定結果。參照图7描述托架110和电极120的详细结构。图7是示出用于组装图6的托架110和电极120的方法的分解透视图。
如图7所示，托架110可以由多个杆111和115的可拆卸联接来形成。考虑到托架110可能插入约20至30米或更大的长度以进入目标区域0中，托架110形成为一体构件可能存在运输和存储上的困难。为了使杆111和115在建筑エ地坚固地联接，突出部112可以形成在第一杆111的一端，凹陷部113可以形成在第一杆111的另一端。而且，突出部116可以形成在第二杆115的一端，凹陷部117可以形成在第二杆115的另一端。因此，第二杆115的突出部116可以插入到第一杆111的凹陷部113中。凹陷部113具有局部开放的环形形状。凹陷部113的内径可以比突出部116的外径小。结果，第二杆115的突出部116在第一杆111的凹陷部113被迫打开的条件下插入到凹陷部113中。因此，突出部116通过凹陷部113试图维持其原始状态的カ而固定到凹陷部113。保持器114和118可以形成在每个杆111和115上。每个电极121和125安装在保持器114和118上。由于保持器114和118之间的间隔L保持固定的距离，因此管理人员准确地掌握电极121和125的深度。保持器114和118之间的间隔L是考虑各种条件例 如成本而确定的，但一般具有约I米的长度。分别连接到电极121和125的电线122和126可以用带而附接到杆111和115上。电线122和126是防水的，并延伸到地，以联接到測量装置140。測量装置140连接到每个电线122和126，并测量电线122和126中的微电势差。托架110通过杆111和115的联接而形成。托架110在电极121和125 (以及电线122和126)安装在托架110中的状态下插入到上述的钻孔D中(參见图6)。參照图8描述测量电极120中的微电势差的示例。图8是示出由图6的测量装置140測量到的微电势差的曲线的概念图。如图8所示，脆弱表面FS可能存在于目标区域0的内部。当脆弱表面FS变形吋，施加了力F。力F在沿着脆弱表面FS的方向上施加到目标区域稳定性检测设备100，特别是施加到填充材料130。当填充材料130因该カ而变形时，在电极120中測量到的根据目标区域0的深度的微电势差可以形成曲线145。在曲线145中，对应于主要受カ而发生很多变形的部分的电极的微电势差147与其它部分相比可能具有更高的值。管理人员通过比较微电势差147与根据填充材料130的变形的微电势差，来掌握填充材料130的变形程度。此外，可以根据填充材料130的变形程度来掌握在预定深度处施加到目标区域0的力的强度以及目标区域0的可能的变形或倒塌。根据用于检测目标区域的结构稳定性的方法和用于该方法的设备，在出现大規模破坏时，无需使用昂贵的检测器，就能够预先准确地检测出迹象。因此，可以提供一种在建筑エ地考虑经济可行性通过事先掌握破坏迹象而为大规模破坏做准备的手段。本领域技术人员明白，用于检测目标区域的结构稳定性的方法及其设备不限于上面描述的示例性实施例的构造和操作方法。示例性实施例可以构造成，在不偏离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的条件下，可以通过有选择地组合示例性实施例的全部或部分，来进行各种改变和变型。
权利要求
1.ー种用于检测目标区域的结构稳定性的方法，包括 将多个电极沿着目标区域的深度方向设置在该目标区域中，所述电极由填充材料围绕； 通过电极測量微电势差，当填充材料根据目标区域的变化因カ而变形时，产生微电势差;和 基于测量到的微电势差，判断目标区域的结构稳定性。
2.如权利要求I的结构稳定性检测方法，其中，所述将多个电极沿着目标区域的深度方向设置在目标区域中包括 通过沿着深度方向给目标区域钻孔，来形成钻孔； 沿着深度方向将电极设置在该钻孔内；和 用填充材料填充该钻孔与电极之间的空间。
3.如权利要求2的结构稳定性检测方法，其中，所述沿着深度方向将电极设置在该钻孔内包括 将电极附接到非导电的托架，以间隔开；和 将托架设置在钻孔内。
4.如权利要求3的结构稳定性检测方法，其中，所述将电极附接到非导电的托架包括 通过使具有相同长度的多个杆组合起来，来形成托架；和 将电极分别附接到每个杆。
5.如权利要求2的结构稳定性检测方法，其中，所述填充钻孔与电极之间的空间包括 填充压电材料或与目标区域相比具有更大饱和度的材料作为填充材料。
6.如权利要求5的结构稳定性检测方法，其中，压电材料包括石英、陶瓷、硫酸锂、偏铌酸铅和钛酸钡中至少之ー。
7.如权利要求I的结构稳定性检测方法，其中，所述通过电极测量微电势差由通过电线连接到每个电极的测量装置执行。
8.如权利要求I的结构稳定性检测方法，其中，所述基于測量到的微电势差判断目标区域的结构稳定性包括 通过将测量到的微电势差与测试值相比较来判断目标区域的结构稳定性，测试值与施加到填充材料的力产生微电势差的特性相关。
9.如权利要求8的结构稳定性检测方法，其中，获得测量到的微电势差，以形成沿着深度方向对应于电极的位置的曲线。
10.ー种用于检测目标区域的结构稳定性的设备，包括 非导电的托架，沿着长度方向延伸，使得托架设置在钻孔内，所述钻孔沿着深度方向钻于目标区域中； 多个电极，沿着长度方向设置在托架上； 填充材料，围绕所述电极；和 測量装置，电连接到每个电极，从而基于在电极中测量到的微电势差来判断目标区域是否变形。
11.如权利要求10的结构稳定性检测设备，其中，托架包括多个可拆卸地联接的杆。
12.如权利要求10的结构稳定性检测设备，其中，填充材料包括压电材料或与目标区域相比具有更大饱和度的材料。
13.如权利要求12的结构稳定性检测设备，其中，压电材料包括石英、陶瓷、硫酸锂、偏铌酸铅和钛酸钡中至少之ー。
14.如权利要求10的结构稳定性检测设备，其中，測量装置包括用于传送目标区域的变形状态的判断结果的发送器。
全文摘要
本发明公开了用于检测目标区域的结构稳定性的方法和设备。用于检测目标区域的结构稳定性的方法包括将多个电极沿着目标区域的深度方向设置在目标区域中，所述电极由填充材料围绕；通过电极测量微电势差，当填充材料根据目标区域的变化因力而变形时，产生微电势差；和基于测量到的微电势差，判断目标区域的结构稳定性。
文档编号G01B7/16GK102645155SQ20111032920
公开日2012年8月22日 申请日期2011年10月26日 优先权日2011年2月18日
发明者千大成, 宋源庚, 郑龙福 申请人:韩国地质资源研究院