CN109269396A - 一种围岩内部竖向变形量测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种围岩内部竖向变形量测装置及方法，由壳体模块、测量模块、采集模块构成；所述的壳体模块由外壳、导轮、控距尺构成；所述的测量模块由电阻导轨和铅垂杆构成；所述的采集模块可以计算并依次记录每次测量角度。在使用过程中，本发明通过壳体模块中的控距尺控制装置每次进入岩体内部的深度Δs，通过测量模块和采集模块测量并记录每次测量角度，以管口为原点，经计算得到每Δs段末端点坐标，依次光滑连接各个坐标点，就得到围岩内部竖向变形轴线的形状。本发明成本低，原理简单，可广泛应用于围岩内部变形量测领域。

Description

一种围岩内部竖向变形量测装置及方法

技术领域

本发明涉及围岩内部变形量测领域，更具体涉及一种围岩内部竖向变形量测装置及方法。

背景技术

随着我国社会经济的发展，隧道、地铁、地下矿井等修建越来越多，更多的工程处于复杂多变的地质条件中，随之面临的开挖、支护问题也越来越突出，准确测量围岩内部变形，把握围岩内部变形规律，是做好支护设计的重要依据，对于工程安全非常重要。

目前，在围岩内部变形量测领域，采用的方法主要有岩土体测斜技术，而岩土体测斜技术中的仪器设备多采用测斜仪，如中国专利201621436657.3公开了一种岩土工程测斜管，但是测斜管只能测量岩土体内部的水平位移。

发明内容

针对上述不足，本发明提供了一种围岩内部竖向变形量测装置及方法，可以测量围岩内部竖向变形。在使用此装置之前先在岩体内部置入管体，管体竖直平面内开有上下两相对凹槽，两凹槽连线过管体截面轴心，从而保证该装置***管体时处于竖直状态，而后利用此装置测量该管体在竖直平面内的变形，间接反映围岩内部竖向变形。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种围岩内部竖向变形量测装置及方法，其特征在于：由壳体模块、测量模块、采集模块构成。

进一步的，所述的壳体模块由外壳、导轮、控距尺构成。所述外壳为一定硬度的壳体，外壳高度等于管体内径，宽度等于管体凹槽宽度，长度可根据需要进行制作；所述的控距尺和外壳右侧（测量时该侧在外）连接，连接处为0刻度线，控距尺控制装置进入深度；所述的导轮与外壳外部利用可上下伸缩的弹性支座连接，在外壳外部上下各安装一对，在保证该装置在凹槽内处于竖直状态的同时，进一步保证该装置能在岩体变形时顺利通过。

进一步的，所述的测量模块由电阻导轨和铅垂杆构成。所述的电阻导轨是由均匀电阻制成的半圆弧形结构，其半径为r且开口向上安装于壳体内部，两端分别连于壳体上表面两条短边中点处；所述的铅垂杆由细杆和重锤构成，细杆和重锤均由绝缘材料制成，铅垂杆上端与壳体由固定铰支座连接，连接处为电阻导轨两端点连线中心处的壳***置，从而使得铅垂杆只能在竖直平面内自由转动；所述的重锤与细杆下端连接，从而保证铅垂杆一直处于铅垂状态，重锤上设有铜片，且铜片与电阻导轨始终接触。

进一步的，所述的采集模块内部有电源及相关处理装置且向外引出两根导线，一根与上述电阻导轨一端（测量时该端在外）连接，另一根与重锤上铜片相连接，随着装置与竖直方向夹角的变化，连入导线两连接点之间电阻导轨的弧长发生变化，采集模块可反应导线两连接点之间电阻R的大小，又因为电阻导轨是电阻均匀导轨，经实验测定出相同规格电阻单位电阻的长度为k，从而得出导线两连接点之间电阻导轨长度l=kR,从而进一步求出铅垂杆与装置外壳长度方向（即管体该位置长度方向）夹角θ=π-kR/r,该夹角即为管体该测量位置与竖直方向的夹角，采集模块可依次记录每次测量夹角。

一种围岩内部竖向变形量测装置，可按以下步骤使用：

（1）在岩体需测量位置内部置入带有凹槽的管体；

（2）测量时将上述装置沿凹槽推入管体中，使装置后导轮中心与管口对齐，采集模块记录第一次角度θ ₁；

（3）然后利用一软杆将该装置继续向管体内部推入，由控距尺控制其每次进入深度为该装置同侧前后导轮中心之间的距离Δs，每进入一次Δs，采集模块记录一次θ _i （θ _i 为第i次测量的角度）；

（4）继续向管体内部推进，直到装置进入管体底端，然后根据每次的测量记录输出θ _i ，进一步的经过以下方式就能得到管体变形后竖直平面内的形状：以管体最外端管口为原点，则每Δs段末端点坐标为：（x _i , y _i ），其中x _i =x ₁+x ₂+···+x _i-1 +Δs·sinθ _i ，y _i =y ₁+y ₂+···+y _i-1+Δs·cosθ _i （θ _i 为第i次测量的角度，x ₀ =0，y ₀=0),然后依次光滑连接各个坐标点，所得到的就是围岩内部竖向变形轴线的形状。

本发明一种围岩内部竖向变形的装置及方法，其特点为：

（1）本发明可以在不同时刻进行测量,得到不同时刻围岩内部竖向变形轴线，从而得到围岩内部竖向变形随时间的变化规律；

（2）本发明装置尺寸可根据需要进行调整,轮距Δs越小，所得结果精度越高；

（3）本发明还可用于空心锚杆内部竖向变形量测，从而得到锚杆竖向变形的情况；

（4）本发明还可以用于混凝土结构等其他物体内部竖向变形量测，当做成更小尺寸时还可用于地质力学模型试验中模型内部竖向变形的量测。

附图说明

图1为本发明装置外壳为长方体时的示意图；

图2为本发明装置与管体凹槽位置图；

图3为本发明原理图；

图4为轴线形状拟合图。

图例说明：1-外壳；2-导轮；3-控距尺；4-电阻导轨；5-铅垂杆；6-采集模块；7-导线。

具体实施方式

本发明提供了一种围岩内部竖向变形量测装置及方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

如图1、图2、图3、图4所示，一种围岩内部竖向变形量测装置及方法，其特征在于：由壳体模块、测量模块、采集模块6构成。

进一步的，所述的壳体模块由外壳1、导轮2、控距尺3构成。所述外壳1为一定硬度的壳体，外壳1高度等于管体内径，宽度等于管体凹槽宽度，长度可根据需要进行制作；所述的控距尺3和外壳1右侧（测量时该侧在外）连接，连接处为0刻度线，控距尺控制装置进入深度；所述的导轮2与外壳1外部利用可上下伸缩的弹性支座连接，在外壳1外部上下各安装一对，在保证该装置在凹槽内处于竖直状态的同时，进一步保证该装置能在岩体变形时顺利通过。

进一步的，所述的测量模块由电阻导轨4和铅垂杆5构成。所述的电阻导轨4是由均匀电阻制成的半圆弧形结构，其半径为r且开口向上安装于壳体内部，两端分别连于壳体上表面两条短边中点处；所述的铅垂杆5由细杆和重锤构成，细杆和重锤均由绝缘材料制成，铅垂杆5上端与壳体1由固定铰支座连接，连接处为电阻导轨两端点连线中心处的壳***置，从而使得铅垂杆只能在竖直平面内自由转动；所述的重锤与细杆下端连接，从而保证铅垂杆5一直处于铅垂状态，重锤上设有铜片，且铜片与电阻导轨4始终接触。

进一步的，所述的采集模块6内部有电源及相关处理装置且向外引出两根导线7，一根与上述电阻导轨4一端（测量时该端在外）连接，另一根与重锤上铜片相连接，随着装置与竖直方向夹角的变化，连入两导线7连接点之间电阻导轨的弧长发生变化，采集模块6可反应两导线7连接点之间电阻R的大小，又因为电阻导轨4是电阻均匀导轨，经实验测定出相同规格电阻条单位电阻的长度为k，从而得出两导线7连接点之间电阻导轨长度l=kR,从而进一步求出铅垂杆5与装置外壳1长度方向（即管体该位置长度方向）夹角θ=π-kR/r,该夹角即为管体该测量位置与竖直方向的夹角，采集模块6可依次记录每次测量夹角。

本发明还提供了一种围岩内部竖向变形量测装置的方法，可按以下步骤使用：

（1）在岩体需测量位置内部置入带有凹槽的管体；

（2）测量时将上述装置沿凹槽推入管体中，使装置后导轮中心与管口对齐，采集模块记录第一次角度θ ₁；

（3）然后利用一软杆将该装置继续向管体内部推入，由控距尺3控制其每次进入深度为该装置同侧前后导轮中心之间的距离Δs，每进入一次Δs，采集模块6记录一次θ _i （θ _i 为第i次测量的角度）；

（4）继续向管体内部推进，直到装置进入管体底端，然后根据每次的测量记录输出θ _i ，进一步的经过以下方式就能得到管体变形后竖直平面内的形状：以管体最外端管口为原点，则每Δs段末端点坐标为：（x _i , y _i ），其中x _i =x ₁+x ₂+…+x _i-1 +Δs·sinθ _i ，y _i =y ₁+y ₂ +…+y _i-1+Δs·cosθ _i （θ _i 为第i次测量的角度，x ₀ =0，y ₀=0,然后依次光滑连接各个坐标点，所得到的就是围岩内部竖向变形轴线的形状。

Claims (4)

1.一种围岩内部竖向变形量测装置及方法，其特征在于：由壳体模块、测量模块、采集模块构成；所述的壳体模块由外壳、导轮、控距尺构成；所述的测量模块由电阻导轨和铅垂杆构成。

2.如权利要求1所述的围岩内部竖向变形量测装置及方法，其特征在于：所述外壳为一定硬度的壳体；所述的导轮与外壳外部利用弹性支座连接；所述的控距尺和外壳右侧（测量时该侧在外）连接，连接处为0刻度线；所述的电阻导轨是由均匀电阻制成的半圆弧形结构，其半径为r且开口向上安装于壳体内部；所述的铅垂杆由细杆和重锤构成，细杆和重锤均由绝缘材料制成，铅垂杆上端与壳体由固定铰支座连接，连接处为电阻导轨两端点连线中心处的壳***置；所述的重锤与细杆下端连接，重锤上设有铜片，且铜片与电阻导轨时刻接触。

3.如权利要求1所述的围岩内部竖向变形量测装置及方法，其特征在于：所述的采集模块向外引出两根导线，一根与上述电阻导轨一端（测量时该端在外）连接，另一根与重锤上铜片相连接。

4.如权利要求1所述的围岩内部竖向变形量测装置及方法，使用方法包括以下步骤：

（1）在岩体需测量位置内部置入带有凹槽的管体；

（2）测量时将上述装置沿凹槽推入管体中，使装置后导轮中心与管口对齐，采集模块记录第一次角度θ ₁；

（3）然后利用一软杆将该装置继续向管体内部推入，由控距尺控制其每次进入深度为该装置同侧前后导轮中心之间的距离Δs，每进入一次Δs，采集模块记录一次θ _i （θ _i 为第i次测量的角度）；

（4）继续向管体内部推进，直到装置进入管体底端，然后根据每次的测量记录输出θ _i ，进一步的经过以下方式就能得到管体变形后竖直平面内的形状：以管体最外端管口为原点，则每Δs段末端点坐标为：（x _i , y _i ），其中x _i =x ₁+x ₂+···+x _i-1 +Δs·sinθ _i ，y _i =y ₁+y ₂+···+y _i-1+Δs·cosθ _i （θ _i 为第i次测量的角度，x ₀ =0，y ₀=0),然后依次光滑连接各个坐标点，所得到的就是围岩内部竖向变形轴线的形状。