CN102830051B - 一种振荡试验***中的岩体裂隙产状识别*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了提供了一种振荡试验***中的岩体裂隙产状识别***，包括：井下钻孔图像识别定向***、电缆计数绞车***、PDA数据采集***；所述井下钻孔图像识别定向***、电缆计数绞车***的输出/入端分别与PDA数据采集***的输入/出端对应相接；本发明所述***能够通过井下钻孔图像识别定向***和电缆计数绞车***获得裂隙图像和位置深度数据，从而得到裂隙岩体裂隙产状，为裂隙岩体中开展振荡试验确定渗透系数张量提供可靠的基本地质信息。

Description

一种振荡试验***中的岩体裂隙产状识别***

技术领域

本发明涉及水文地质领域的振荡试验***，特别是涉及一种识别岩体裂隙产状的识别***。

背景技术

岩体的渗透性是许多工程建设和学科领域科学研究都涉及到的重要问题，尤其是非均质各向异性裂隙岩体的渗透性是大坝坝基、边坡、隧洞等工程设计、施工、运行中必须掌握的重要参数。同时，研究工程结构、地基和地下水的相互作用，以及应力场、温度场、渗流场和化学场的耦合作用，也都必须定量确定岩体的渗透性。

为准确通过试验手段确定各向异性裂隙岩体渗透系数张量，其中准确获得钻孔中裂隙发育情况，掌握裂隙的产状、隙宽等几何特征至关重要。目前，对钻孔中裂隙几何特征的确定存在较大误差，且确定困难，从而大大降低了计算出的各向异性裂隙岩体渗透系数张量的可靠性。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的问题，提供一种不仅能够实时采集钻孔中裂隙图像，而且能够确定采集裂隙图像方位并自动计算裂隙产状的岩体裂隙产状识别***，同时能够与振荡试验***中的压力和温度传感器集成工作，直接为裂隙岩体中开展振荡试验确定渗透系数张量快速、准确的提供基本的地质信息。

技术方案：为了实现以上目的，本发明提供了一种振荡试验***中的岩体裂隙产状识别***，包括：井下钻孔图像识别定向***、电缆计数绞车***和PDA数据采集***；所述井下钻孔图像识别定向***、电缆计数绞车***分别与PDA数据采集***的对应相接；

所述井下钻孔图像识别定向***在钻孔中发现裂隙并能确定裂隙的方位，并将裂隙的方位数据传送至PDA数据采集***中；

所述电缆计数绞车***为计算裂隙产状提供裂隙的位置深度数据，并将裂隙的位置深度数据传送至PDA数据采集***中；

所述PDA数据采集***计算出裂隙产状，为裂隙岩体中开展振荡试验确定渗透系数张量快速、准确的提供基本的地质信息。

所述井下钻孔图像识别定向***包括：带云台的摄像头、电子指南针和数据处理传输模块；所述带云台的摄像头和电子指南针分别与图像识别定向***数据处理传输模块对应相接；图像识别定向***数据处理传输模块与PDA数据采集***对应相接；

所述电缆计数绞车***包括：数据传输接口、底座、低速电机、支架、光敏三极管、发光二极管、透光孔、电缆、压线盘、光电码盘；

所述电缆计数绞车***固定于底座上，电缆上端与PDA数据采集***相连，然后穿过压线盘和光电码盘之间，由低速电机带动电缆往下运动，电缆下端与井下钻孔图像识别定向***相连；在光电码盘上面有八个透光孔，在光电码盘的左侧的固定支架有发光二极管，在光电码盘的右侧的固定支架上面有光敏三极管，发光二极管和光敏三极管在同一个轴心上面，光敏三极管与数据传输接口相连。

所述PDA数据采集***包括：主机、PDA采集***数据输入/出端口；所述主机的数据输入/出端口与PDA采集***数据输出/入端口相接。

本发明的工作原理如下：本发明所述一种振荡试验***中的岩体裂隙产状识别***首先进行井下钻孔，然后将井下钻孔图像识别定向***深入钻孔中，通过带云台控制的摄像头发现岩体中的裂隙，然后利用电缆计数绞车***中的光脉冲深度计数器测得裂隙的所在位置深度，再利用几何中三点确定一个面的基本原理，在发现裂隙的位置利用带云台控制的摄像头选择裂隙上的三个不同位置的点，通过电子指南针确定点位，同时通过电缆计数绞车确定点的位置深度，将数据传输给PDA数据采集***，PDA数据采集***计算出裂隙产状，为裂隙岩体中开展振荡试验确定渗透系数张量快速、准确的提供基本的地质信息。

有益效果：本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明能够与振荡试验***中的压力和温度传感器集成工作，准确、快速的识别出岩体裂隙产状，直接为裂隙岩体中开展振荡试验确定渗透系数张量提供可靠的基本地质信息。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明井下钻孔图像识别定向***确定裂隙产状原理示意图。

图3为本发明中的电缆计数绞车***部分结构示意图。

图4为本发明中的电缆计数绞车***部分结构示意图。

图5为电子指南针的工作原理电路图。

图6为摄像头的工作原理电路图。

图7为微型云台步进电机工作原理电路图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

实施例

如图1所示的一种振荡试验***中的岩体裂隙产状识别***，包括：井下钻孔图像识别定向***1、电缆计数绞车***2和PDA数据采集***3；所述井下钻孔图像识别定向***、电缆计数绞车***分别与PDA数据采集***的对应相接；所述井下钻孔图像识别定向***1在钻孔中发现裂隙4并能确定裂隙的方位，并将裂隙的方位数据传送至PDA数据采集***中；所述电缆计数绞车***2为计算裂隙产状提供裂隙的位置深度数据，并将裂隙的位置深度数据传送至PDA数据采集***中；所述PDA数据采集***3计算出裂隙产状，为裂隙岩体中开展振荡试验确定渗透系数张量快速、准确的提供基本的地质信息。

本实施例中所述井下钻孔图像识别定向***包括：带云台的摄像头、电子指南针和数据处理传输模块；所述带云台的摄像头和电子指南针分别与图像识别定向***数据处理传输模块对应相接；图像识别定向***数据处理传输模块与PDA数据采集***对应相接。

本实施例中所述电缆计数绞车***包括：数据传输接口8、底座9、低速电机10、支架11、光敏三极管12、发光二极管13、透光孔14、电缆15、压线盘16、光电码盘17（如图3、图4所示）；所述电缆15上端与PDA数据采集***3相连，然后穿过压线盘16和光电码盘17之间，由低速电机10带动电缆15往下运动，电缆15下端与井下钻孔图像识别定向***1相连；在光电码盘17上面有八个透光孔14，在光电码盘17的左侧的固定支架有发光二极管13，发光二极管13始终处于通电发光状态，在光电码盘17的右侧的固定支架上面有光敏三极管12，发光二极管13和光敏三极管12在同一个轴心上面，光敏三极管12与数据传输接口8相连；当光电码盘17随着低速电机10旋转时，发光二极管13发出的光亮会随着八个透光孔14顺序把光信号辐射在光敏三极管12上面，光敏三极管12中具有光敏特性的PN极受到光辐射时，形成光电流，由此产生的光电流由基极进入发射极，从而在集电极回路中得到一个放大了相当于β倍的信号电流。放大了的信号电流通过数据传输接口8接到PDA采集***的数据输出接口，PDA数据采集***根据光电码盘17每转一圈就可得到八个脉冲，根据总脉冲数、光电码盘的直径和电缆线直径计算得到深度数据。

本实施例中所述带云台的摄像头优选采用有前置光源的***头，带云台的摄像头可工作范围为水平向0-360度，垂直向0-90度；电子指南针对带云台的摄像头上的云台进行控制，在方位不明的情况下采用一键复位，保证带云台的摄像头和所在地的正北保持一致，并将带云台的摄像头在钻孔内的方向角在显示屏上能够明确显示。

本实施例中，所述井下钻孔图像识别定向***是利用摄像头在钻孔中发现裂隙后，通过指南针确定某条裂隙上三个点的方位，再通过电缆计数绞车***分别确定三个点的深度，根据三点确定一个面的几何原理自动计算裂隙的产状（倾向、倾角），具体计算方法如下：

已知钻孔半径为r，则5坐标为(r cos α₁，r sin α₁，c₁)，6坐标为(r cos α₂，r sin α₂，c₂)，7坐标为(r cos α₃，r sin α₃，c₃)，那么 $\cos \mathrm{\α}=\frac{\left|\begin{array}{cc}{x}_1& y_1\\ x_2& y_2\end{array}\right|}{\sqrt{{\left|\begin{array}{cc}{y}_1& z_1\\ y_2& z_2\end{array}\right|}^2+{\left|\begin{array}{cc}{z}_1& x_1\\ z_2& x_2\end{array}\right|}^2{+\left|\begin{array}{cc}{x}_1& y_1\\ x_2& y_2\end{array}\right|}^2}},$ 其中，

x₁＝r cos α₁-r cos α₂；y₁＝r sin α₁-r sin α₂；z₁＝c₁-c₂；+x₂＝r cos α₁-r cos α₃“y₂＝r sin α₁-r sin α₃；z₂＝c₁-c₃.+

$\cos \mathrm{\β}=\frac{A}{R},$ $\sin \mathrm{\β}=\frac{B}{R}$

其中， $A=\frac{-\mathrm{ac}}{a^2+b^2}(c_0-c_1),$ $B=\frac{-\mathrm{bc}}{a^2+b^2}(c_0-c_1),R=\sqrt{A^2+B^2},$

$a=\left|\begin{array}{cc}{y}_1& z_1\\ y_2& z_2\end{array}\right|,b=\left|\begin{array}{cc}{z}_1& x_1\\ z_2& x_2\end{array}\right|,c=\left|\begin{array}{cc}{x}_1& y_1\\ x_2& y_2\end{array}\right|.$

式中”α₁，α₂，α₃分别为5，6，7的方位角1 c₁，c₂，c₃分别为5，6，7的深度，c₀为与c₁，c₂，c₃不等的任意深度值；α为裂隙面的倾角；β为裂隙面的倾向。+

本发明的目的是这样实现的，井下设备进入钻孔后，由于电缆或操作人员对电缆的扭动，使得摄像头所对的方向未知，通过电子指南针对云台的控制，可将摄像头所对的方向调整到所在地的正北方向，然后通过电子指南针对云台输出控制信号，可以在PDA数据采集***的主机的显示屏上观察到钻孔内水平360度的全景地质构造信息，同时光脉冲深度计数器将摄像头在钻孔内的深度信息通过控制线缆传到PDA数据采集***中并显示，在某深度观察到有裂隙存在时，抓拍并保存裂隙地质信息（深度、方位和宽度），由PDA数据采集***计算出这条裂隙的产状。

Claims (2)

1.一种振荡试验***中的岩体裂隙产状识别***，包括：井下钻孔图像识别定向***（1），所述井下钻孔图像识别定向***（1）在钻孔中发现裂隙并能确定裂隙的方位；其特征在于：

还包括：电缆计数绞车***（2）和PDA 数据采集***（3）；所述井下钻孔图像识别定向***、电缆计数绞车***分别与PDA 数据采集***的对应相接；

所述井下钻孔图像识别定向***（1）将裂隙的方位数据传送至PDA数据采集***中；

所述电缆计数绞车***（2）为计算裂隙产状提供裂隙的位置深度数据，并将裂隙的位置深度数据传送至PDA数据采集***中；

所述PDA数据采集***（3）计算出裂隙产状，为裂隙岩体中开展振荡试验确定渗透系数张量快速、准确的提供基本的地质信息；

所述井下钻孔图像识别定向***包括：带云台的摄像头、电子指南针和数据处理传输模块；所述带云台的摄像头和电子指南针分别与图像识别定向***数据处理传输模块对应相接；图像识别定向***数据处理传输模块与PDA 数据采集***对应相接；

所述电缆计数绞车***包括：数据传输接口、底座、低速电机、支架、光敏三极管、发光二极管、透光孔、电缆、压线盘、光电码盘；

所述电缆计数绞车***固定于底座上，电缆上端与PDA 数据采集***相连，然后穿过压线盘和光电码盘之间，由低速电机带动电缆往下运动，电缆下端与井下钻孔图像识别定向***相连；在光电码盘（17）上面有八个透光孔（14），在光电码盘的左侧的固定支架有发光二极管（13），在光电码盘（17）的右侧的固定支架上面有光敏三极管（12），发光二极管（13）和光敏三极管（12）在同一个轴心上面，光敏三极管（12）与数据传输接口（8）相连；当光电码盘（17）随着低速电机（10）旋转时，发光二极管(13)发出的光亮会随着八个透光孔（14）顺序把光信号辐射在光敏三极管（12）上面，光敏三极管（12）中具有光敏特性的PN 极受到光辐射时，形成光电流，由此产生的光电流由基极进入发射极，从而在集电极回路中得到一个放大了相当于β倍的信号电流；放大了的信号电流通过数据传输接口（8）接到PDA 采集***的数据输出接口，PDA 数据采集***根据光电码盘（17）每转一圈就可得到八个脉冲，根据总脉冲数、光电码盘的直径和电缆线直径计算得到深度数据；

所述带云台的摄像头采用有前置光源的***头，带云台的摄像头工作范围为水平向0-360 度，垂直向0-90 度；电子指南针对带云台的摄像头上的云台进行控制，在方位不明的情况下采用一键复位，保证带云台的摄像头和所在地的正北保持一致，并将带云台的摄像头在钻孔内的方向角在显示屏上能够明确显示；

所述井下钻孔图像识别定向***利用摄像头在钻孔中发现裂隙后，通过指南针确定某条裂隙上三个点的方位，再通过电缆计数绞车***分别确定三个点的深度，根据三点确定一个面的几何原理自动计算裂隙的产状，具体计算方法如下

2.根据权利要求1所述的一种振荡试验***中的岩体裂隙产状识别***，其特征在于：所述PDA 数据采集***包括：主机、PDA采集***数据输入/出端口；所述主机的数据输入/出端口与PDA采集***数据输出/入端口相接。