1.一种基于剪切波速的深部土体主动监测装置,其特征在于:包括置于土体同一深度且相对设置的发射模块和接收模块,发射模块和接收模块均包括定位机构、设置于定位机构上的升降机构、设置于升降机构输出端的调角机构、设置于调角机构输出端的伸缩机构以及设置于伸缩机构上的弯曲元发射器或者弯曲元接收器;定位机构包括基座以及垂直滑动设置于基座边缘的多个支撑脚,穿入基座内部的支撑脚上固定有第一齿条,第一齿条与垂直转动设置于基座内部的第一驱动齿轮啮合,第一驱动齿轮与固定于基座内部的定位驱动电机连接;支撑脚上固定有第一位移传感器,第一位移传感器经控制器与定位驱动电机连接;多个支撑脚关于基座的中心呈中心对称布置;升降机构包括垂直滑动设置于基座中心的检测管,穿入基座内部的检测管的外侧固定有第二齿条,第二齿条与垂直转动设置于基座内部的第二驱动齿轮啮合,第二驱动齿轮与固定于基座内部的升降驱动电机连接;检测管上分别固定有第二位移传感器和测斜仪,第二位移传感器和测斜仪均与控制器的输入端相连,控制器的输出端与升降驱动电机相连;调角机构包括固定于检测管底端的调角驱动电机,调角驱动电机与垂直转动设置于检测管底端的调角盘,调角盘上偏心连接有伸缩机构;调角驱动电机的输出轴上固定有角度传感器,角度传感器经控制器与调角驱动电机相连;伸缩机构包括偏心固定于调角盘上的安装板、垂直转动设置于安装板上的第三驱动齿轮、与第三驱动齿轮啮合的伸缩齿条、固定于伸缩齿条远离第三驱动齿轮一端的固定板,固定板背离伸缩齿条的一侧固定有弯曲元发射器或者弯曲元接收器,弯曲元接收器的输出端经信号函数发生器与示波器相连;第三驱动齿轮与固定于安装板上的伸缩驱动电机连接;固定板上且关于伸缩齿条对称的位置还固定有伸缩管的一端,伸缩管的另一端固定于安装板上。
2.根据权利要求1所述的一种基于剪切波速的深部土体主动监测装置,其特征在于:固定板上且关于弯曲元发射器或者弯曲元接收器对称的位置固定有多个接触传感器,接触传感器经控制器与伸缩驱动电机连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于剪切波速的深部土体主动监测装置,其特征在于:弯曲元发射器和弯曲元接收器的外侧均包裹有环氧树脂。
4.如上述权利要求3所述的基于剪切波速的深部土体主动监测装置的监测方法,其特征在于:包括以下步骤:S1、在待监测土体钻两个监测钻孔;S2、分别在两个监测钻孔安装发射模块和接收模块:S21、将发射模块和接收模块分别对准两个监测钻孔,且使得检测管与监测钻孔对准,打开定位驱动电机,带动第一驱动齿轮转动,进而经第一齿条带动支撑脚垂直向下移动,直至第一位移传感器采集到支撑脚的底端插入待监测土体的内部长度等于设定值,关闭定位驱动电机,实现定位;S22、打开升降驱动电机,带动第二驱动齿轮转动,进而经第二齿条带动检测管垂直向下移动,直至第二位移传感器采集到弯曲元发射器或者弯曲元接收器伸入监测钻孔内部深度等于设定值,关闭升降驱动电机;S23、打开调角驱动电机,带动调角盘转动,直至角度传感器采集到调角驱动电机的转动角度等于90°,此时伸缩机构由垂直状态转变为水平状态,关闭调角驱动电机,此时弯曲元发射器地面坐标、弯曲元发射器地面坐标、弯曲元发射器地下坐标、弯曲元发射器地下坐标满足设定关系;S24、打开伸缩驱动电机,带动第三驱动齿轮转动,进而带动伸缩齿条朝向远离调角机构的方向移动,直至弯曲元发射器或者弯曲元接收器接触监测钻孔内壁,此时接触传感器采集到接触信号,将接触信号反馈至控制器,控制器控制伸缩驱动电机停止运转,此时弯曲元发射器和弯曲元接收器位于同一水平线上,且相对布置;S3、使用与待监测土体相同性质土体灌注监测钻孔,以将监测装置固定在监测钻孔内;S4、利用弯曲元发射器向待检测土体发射剪切波信号,弯曲元接收器接收发射的剪切波信号后,将接收的剪切波信号分别传输至信号函数发生器,信号函数发生器将振动信号转换为电信号后传输至示波器,读取示波器信号进行剪切波速监测。
5.根据权利要求4所述的基于剪切波速的深部土体主动监测装置的监测方法,其特征在于:在步骤S21中,基座上设置有三根支撑脚;通过三根支撑脚距地面高度得到基座垂线,获得检测管与铅垂线之间的夹角,以及检测管的水平面投影与地球北方向夹角;其中每根支撑脚距地面的高度 满足以下关系: (1)式中, 为未安装第一齿条的支撑脚的长度; 为第一驱动齿轮旋转一周时第一齿条的移动距离; 为第一驱动齿轮的选择角度;在步骤S22中,弯曲元发射器或者弯曲元接收器伸入监测钻孔内部深度 满足以下关系: (2)式中, 为检测管深入监测钻孔的长度; 为检测管与铅垂线之间的夹角,其由测斜仪获得;其中, (3)式中, 为未安装第二齿条的检测管的长度; 为第二驱动齿轮旋转一周时第二齿条的移动距离; 为第二驱动齿轮的选择角度;在步骤S23中,以弯曲元发射器地面坐标 为基准,确定弯曲元发射器地下坐标、弯曲元接收器地面坐标以及弯曲元接收器地下坐标,并设定弯曲元发射器地下坐标为 , 弯曲元接收器地面坐标为 , 弯曲元接收器地下坐标为 ,且弯曲元发射器地面坐标、弯曲元发射器地面坐标、弯曲元发射器地下坐标、弯曲元发射器地下坐标满足以下关系: (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11)式中, 为弯曲元发射器深入监测钻孔的深度; 为发射模块的检测管与铅垂线之间的夹角; 为发射模块的检测管水平面投影与地球北方向之间的夹角; 为弯曲元发射器地面点与弯曲元接收器地面点的连线与地球北方向之间的夹角; 为弯曲元发射器地面点与弯曲元接收器地面点之间的距离; 为弯曲元接收器深入监测钻孔的深度; 为接收模块的检测管与铅垂线之间的夹角; 为接收模块的检测管水平面投影与地球北方向之间的夹角。
6.根据权利要求5所述的基于剪切波速的深部土体主动监测装置的监测方法,其特征在于:在步骤S4中,首先计算发射模块与接收模块之间的距离 计算公式如下: (12)式中,a为x轴坐标;b为y轴坐标;c为z轴坐标;再根据发射时间和接收时间之间的时间差 计算土体剪切波速 : (13)。