CN103278065A - 岩层双向位移监测装置及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及岩层双向位移监测装置，包括锚头和读数装置，读数装置包括互不干涉的第一弹簧、第二弹簧和监测第一弹簧、第二弹簧伸缩量的刻度，锚头上接有连接第一弹簧活动端的第一引线，第一引线上设置有摩擦扣，摩擦扣与第一引线形成摩擦副，摩擦扣上接有连接第二弹簧活动端的第二引线。本发明还涉及岩层双向位移监测方法。本发明通过第一弹簧的伸缩量模拟监测出岩层离层正向位移和挤压密实负向位移产生的总位移，并由第二弹簧的伸缩量模拟监测出岩层负向位移，突破了机械式位移监测装置只能监测单向位移的技术难题，实施起来简单方便，为分析岩层活动规律、破坏形式等提供准确可靠的现场数据，具有良好的推广应用前景。本发明可应用于岩土工程。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程，特别一种是对不可见深部岩层的双向位移监测装置及监测方法。
背景技术
岩土工程中，深部岩层位移具有复杂性、隐蔽性，使用中的岩层位移监测装置主要有电子式和机械式。
电子式的监测装置可以完成岩层位移的正向和负向的双向监测，但成本很高，故障率高，不利于大规模的应用。而当前使用的机械式的位移监测仪器主要是单向位移计，无法完成双向位移监测。这种位移计可以纪录一段时间内岩层的总的位移量，而对这段时间内总位移量是单一的正向离层位移还是伴随有负向的挤压密实位移无法从观测的结果中进行判断。然而这样就不可避免的对岩层活动规律的判断带来误差。例如：岩层在观测前期发生位移10mm,后期由于地应力场的左右岩层位移减小5mm，最后观测结束读取岩层位移量则为5mm。观测结果显示岩层位移的5mm与实际情况差别很大，将直接影响到对岩层活动规律的判断、加固支护方案的设计等。
发明内容
为了克服上述技术问题，本发明的目的在于提供一种机械式的岩层双向位移监测装置及监测方法，通过本装置和方法可以监测岩层由于离层引起的正向位移、挤压密实而带来的负向位移，为分析岩层活动规律、破坏形式等提供可靠的现场数据。
本发明所采用的技术方案是：
一种岩层双向位移监测装置，包括固定在岩层钻孔中的锚头和设置在钻孔外的读数装置，所述读数装置包括互不干涉的第一弹簧、第二弹簧和用于监测第一弹簧、第二弹簧伸缩量的刻度，所述锚头上接有第一引线，所述第一引线穿过钻孔并连接第一弹簧的活动端，所述第一引线上设置有摩擦扣，所述摩擦扣与第一引线形成摩擦副，所述摩擦扣上接有第二引线，所述第二引线连接第二弹簧的活动端，所述读数装置包括阻止第二弹簧在工作状态下拉伸的单向机构。
作为上述技术方案的进一步改进，所述读数装置包括套管，所述第一弹簧的固定端和第二弹簧的固定端分别固定在套管的两端，所述第一引线和第二引线伸入套管内，所述刻度设置在套管上。
作为上述技术方案的进一步改进，所述单向机构为位于所述第二弹簧外周的套管内壁上且卡掣第二弹簧的单向锯齿。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第二弹簧外周的套管上设有刻度槽，所述第二弹簧的活动端固定有刻度指针，所述刻度指针从刻度槽伸出，所述单向机构为设置在刻度槽上的单向锯齿。
作为上述技术方案的进一步改进，所述锚头为多爪式拉钩。
一种岩层双向位移监测方法，岩层发生离层的正向位移时，固定在岩层钻孔内的锚头带动第一引线使第一弹簧拉伸，在摩擦扣或单向机构的作用下，第二引线和第二弹簧静止；岩层发生挤压密实的负向位移时，第一弹簧拉伸量减小，第二引线随摩擦扣与第一引线同时运动，第二弹簧拉伸量减小；通过第一弹簧的最终形变量读出岩层总位移，通过第二弹簧的形变量读出岩层的负向位移。
作为上述技术方案的进一步改进，岩层正向位移时，摩擦扣与第一引线间的相对摩擦力小于第二弹簧的拉力或单向机构对第二弹簧的阻力，第二弹簧静止；岩层负向位移时，摩擦扣与第一引线间的相对摩擦力小于第二弹簧的拉力，第二弹簧拉伸量减小。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一弹簧的初始状态为拉伸状态且第一引线拉直，所述第二弹簧的初始安装状态需保证第二弹簧的拉力等于摩擦扣与第一引线相对滑移的最大摩擦力，且第二引线拉直。
本发明的有益效果是：本发明通过第一弹簧的伸缩量模拟监测出岩层由于离层正向位移和挤压密实负向位移产生的总位移，并由第二弹簧的伸缩量模拟监测出岩层负向位移，突破了机械式位移监测装置只能监测单向位移的技术难题，其实施起来简单方便，为分析岩层活动规律、破坏形式等提供准确可靠的现场数据，具有良好的推广应用前景。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种岩层双向位移监测装置，包括固定在岩层钻孔中的锚头1和设置在钻孔外的读数装置，读数装置在钻孔的下方，包括互不干涉的第一弹簧2、第二弹簧3和用于监测第一弹簧2、第二弹簧3伸缩量的刻度。在本实施例中，锚头1为多爪式拉钩，在其上接有第一引线4，第一引线4向下穿过钻孔并连接第一弹簧2的活动端，锚头1的上移可以带动第一引线4移动并拉伸第一弹簧2，反之，锚头1下移时，锚头1下移时，第一弹簧2拉伸量减小从而继续拉紧第一引线4。
第一引线4上设置有摩擦扣6，摩擦扣6与第一引线4形成摩擦副，两者可以相对滑动并产生摩擦阻力。摩擦扣6上接有第二引线5，第二引线5连接第二弹簧3的活动端。读数装置还包括阻止第二弹簧3在工作状态下拉伸的单向机构。
在本实施例中，读数装置为一水平的套管7，第一弹簧2和第二弹簧3的固定端分别固定在套管7的两端，第一引线4和第二引线5伸入套管7内。刻度分布在套管7的两侧表面，对应于第一弹簧2和第二弹簧3的外周。第一引线4和第二引线5均包括与钻孔平行的竖直段和伸入套管7的水平段，摩擦扣6位于第一引线4的竖直段中。
在本实施例中，第二弹簧3外周的套管7上设有刻度槽，第二弹簧3的活动端固定有刻度指针9，刻度指针9从刻度槽伸出，单向机构为设置在刻度槽上的单向锯齿8，通过单向锯齿8卡住刻度指针9，防止第二弹簧3在工作状态下拉伸。
当然，作为另外一种方式，位于第二弹簧3外周的套管7内壁上设置单向锯齿8，直接卡掣第二弹簧3以作为单向机构。
一种岩层双向位移监测方法，首先在岩层中钻出一个钻孔，将锚头1装置钻孔内并与岩层固定。把套管7、摩擦扣6、第一引线4、第二引线5、第一弹簧2和第二弹簧3安装到位。其中必须保证第一引线4和第二引线5绷直，第一弹簧2安装到位后保持处于一定的初始拉伸状态，作为初始观测位置。
第二弹簧3的初始安装状态需保证第二弹簧3的拉力等于摩擦扣6与第一引线4相对滑移的最大摩擦力，作为初始观测位置。第二弹簧3的初始位置安装方法如下：将第二弹簧3拉直至与套管7左半边等长，之后第二弹簧3慢慢收缩至摩擦扣6不再与第一引线4滑移，使摩擦扣6恰好处于临界状态。
岩层发生离层的正向位移时，固定在岩层钻孔内的锚头1带动第一引线4使第一弹簧2拉伸，摩擦扣6与第一引线4间的相对摩擦力小于第二弹簧3的拉力或单向机构对第二弹簧3的阻力，摩擦扣6、第二引线5和第二弹簧3静止，第一引线4从摩擦扣6中通过并拉伸第一弹簧2；岩层发生挤压密实的负向位移时，第一弹簧2拉伸量减小，摩擦扣6与第一引线4间的相对摩擦力小于第二弹簧3的拉力，因此摩擦扣6与第一引线4相对静止，同时第二引线5随摩擦扣6与第一引线4同时运动，此时第二弹簧3拉伸量减小。
当岩层同时发生正向位移和负向位移时，通过第一弹簧2的最终形变量读出岩层总位移，通过第二弹簧3的形变量读出岩层的负向位移；当岩层只发生单向位移时，通过第一弹簧2的形变量即可读出岩层的位移。
以上所述只是本发明优选的实施方式，其并不构成对本发明保护范围的限制。
Claims (8)
1.一种岩层双向位移监测装置，其特征在于：包括固定在岩层钻孔中的锚头(1)和设置在钻孔外的读数装置，所述读数装置包括互不干涉的第一弹簧(2)、第二弹簧(3)和用于监测第一弹簧(2)、第二弹簧(3)伸缩量的刻度，所述锚头(1)上接有第一引线(4)，所述第一引线(4)穿过钻孔并连接第一弹簧(2)的活动端，所述第一引线(4)上设置有摩擦扣(6)，所述摩擦扣(6)与第一引线(4)形成摩擦副，所述摩擦扣(6)上接有第二引线(5)，所述第二引线(5)连接第二弹簧(3)的活动端，所述读数装置包括阻止第二弹簧(3)在工作状态下拉伸的单向机构。
2.根据权利要求1所述的岩层双向位移监测装置，其特征在于：所述读数装置包括套管(7)，所述第一弹簧(2) 的固定端和第二弹簧(3)的固定端分别固定在套管(7)的两端，所述第一引线(4)和第二引线(5)伸入套管(7)内，所述刻度设置在套管(7)上。
3.根据权利要求2所述的岩层双向位移监测装置，其特征在于：所述单向机构为位于所述第二弹簧(3)外周的套管(7)内壁上且卡掣第二弹簧(3)的单向锯齿(8)。
4.根据权利要求2所述的岩层双向位移监测装置，其特征在于：所述第二弹簧(3)外周的套管(7)上设有刻度槽，所述第二弹簧(3)的活动端固定有刻度指针(9)，所述刻度指针(9)从刻度槽伸出，所述单向机构为设置在刻度槽上的单向锯齿(8)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的岩层双向位移监测装置，其特征在于：所述锚头(1)为多爪式拉钩。
6.利用如权利要求1至5中任一项所述的岩层双向位移监测装置进行岩层双向位移的监测方法，其特征在于：岩层发生离层的正向位移时，固定在岩层钻孔内的锚头(1)带动第一引线(4)使第一弹簧(2)拉伸，在摩擦扣(6)或单向机构的作用下，第二引线(5)和第二弹簧(3)静止；岩层发生挤压密实的负向位移时，第一弹簧(2)拉伸量减小，第二引线(5)随摩擦扣(6)与第一引线(4)同时运动，第二弹簧(3)拉伸量减小；通过第一弹簧(2)的最终形变量读出岩层总位移，通过第二弹簧(3)的形变量读出岩层的负向位移。
7.根据权利要求6所述的岩层双向位移监测装置及监测方法，其特征在于：岩层正向位移时，摩擦扣(6)与第一引线(4)间的相对摩擦力小于第二弹簧(3)的拉力或单向机构对第二弹簧(3)的阻力，第二弹簧(3)静止；岩层负向位移时，摩擦扣(6)与第一引线(4)间的相对摩擦力小于第二弹簧(3)的拉力，第二弹簧(3)拉伸量减小。
8.根据权利要求6或7所述的岩层双向位移监测装置及监测方法，其特征在于：所述第一弹簧(2)的初始状态为拉伸状态且第一引线(4)拉直，所述第二弹簧(3)的初始安装状态需保证第二弹簧(3)的拉力等于摩擦扣(6)与第一引线(4)相对滑移的最大摩擦力，且第二引线(5)拉直。
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