CN110332888A - 一种岩体结构面空间位置测量装置和测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于工程地质勘查技术领域，具体涉及一种岩体结构面空间位置测量装置和测量方法。本发明装置包括：三脚架、精密水平仪、精密指南针、圆盘、精密测距仪。本发明方法包括如下步骤：首先选取合适的测站，然后组装圆盘测量平台，将圆盘调节水平，将圆盘上的固定点指向磁北方向，测量圆心和圆盘上两个成90°圆心角的点至结构面上6个不共线出露点的距离，然后计算结构面上不共线点的空间直角坐标，最后拟合结构面的平面方程。本发明装置简便、操作简单高效、便于现场测量，具有很好的工程应用意义。
Description
技术领域
本发明属于工程地质勘查技术领域，具体涉及一种岩体结构面空间位置测量装置和测量方法。
背景技术
在矿山开采、隧道开挖、放射性废物处置库研发等岩土工程领域，岩体结构面分布情况是工程稳定性的主要因素之一。三维裂隙网络建模技术和岩体结构面调查需要获取结构面的空间位置或产状。目前岩体结构面测量方法主要有测线法、窗口统计法、钻孔定向取芯法、摄影测量法、三维激光扫描法等。测线法和窗口统计法是通过皮尺和罗盘接触测量结构面，该方法效率低、费时且不能够测到难以接触的结构面。钻孔定向取芯法通过对测量岩芯结构面获得产状，该方法精确度较低、测量范围有限。摄影测量法和三维激光扫描法都通过非接触性的高精确测绘、摄影设备，操作复杂、设备笨重昂贵。因此研发一种简单高效、便于现场测量的岩体结构面空间位置测量装置和测量方法具有重要工程应用意义。
发明内容
本发明解决的技术问题：
针对现有技术的不足，本发明提出一种岩体结构面空间位置测量装置和测量方法，测量装置简捷、易于携带，测量方法简单、无需接触结构面，易于实现、效率高，能够解决传统结构面调查方法效率低、代价大的问题。
本发明所采用的技术方案是：
一种岩体结构面空间位置测量装置，包括：三脚架、精密水平仪、精密指南针、圆盘、精密测距仪；圆盘底面圆心处与三脚架连接；圆盘上表面开有水平仪放置槽和指南针放置槽，精密水平仪和精密指南针分别放置在水平仪放置槽和指南针放置槽内；圆盘圆心O和圆周上两个点N、E标记在其上表面，O、N、E三点位置各固定安装有精密测距仪。
所述N、E成90°的圆心角，指南针放置槽的圆心位于点N与圆盘圆心的连线上。
所述精密测距仪的光束发射端发射光束，锥型头端固定安装在圆盘上O、N、E三点。
一种岩体结构面空间位置测量方法，包括如下步骤：
步骤一：选取合适的首测站；
步骤二：安装圆盘测量平台；
步骤三：调节圆盘测量平台，建立独立空间直角坐标系；
步骤四：分别测量O、N、E至结构面上6个不共线出露点的距离；
步骤五：计算结构面上不共线点的空间直角坐标；
步骤六：拟合结构面的平面方程；
步骤七：重复步骤四至步骤六，测量测站范围内其他结构面的平面方程。
所述步骤一中，要考虑岩体上结构面迹线与测站的通视情况，不能影响测距仪光束的发射和接受，易于固定三脚架。
所述步骤二中，将圆盘安装三脚架上，水平仪和指南针分别放在水平仪放置槽和指南针放置槽，安放在首测站位置。
所述步骤三中，通过调节三脚架和圆盘使圆盘水平、指南针指向圆盘N点，并建立一个以O为圆心，ON为x轴正方向，OE为y轴正方向的空间直角坐标系。
所述步骤四中，测距仪锥型端分别固定在O、N、E位置，转动测距仪发射射线测出O、N、E至结构面上6个不共线出露点的距离。
所述步骤五中，利用三余弦定理、余弦定理等几何原理推算结构面上测点的空间直角坐标；公式为：
其中x为测点的x坐标，单位为dm；y为测点的y坐标，单位为dm；z为测点的z坐标，单位为dm；s为圆心O至测点的距离，单位为dm；l为点E至测点的距离，单位为dm；m为点N至测点的距离，单位为dm。
所述步骤七中，利用matlab软件将结构面所测六个点的坐标拟合成一个平面，获得平面方程：
Ax+By+Cz+D＝0
其中A、B、C、D为方程参数，且A、B、C不同时为0。
本发明的有益效果是：
本发明提供的一种岩体结构面空间位置测量装置和测量方法，测量装置简捷、易于携带，测量方法简单、无需接触结构面，易于实现、效率高，能够解决传统结构面调查方法效率低、代价大的问题。
附图说明
图1为本发明提供的一种岩体结构面空间位置测量装置示意图；
图2为本发明测量装置圆盘平台俯视示意图；
图3为本发明设计的测距仪示意图。
其中：1为三脚架、2为精密水平仪、3为精密指南针、4为圆盘、5为精密测距仪架、6为结构面上的测点、7为水平仪放置槽、8为指南针放置槽、9为光束发射端、10为锥型头端。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种岩体结构面空间位置测量装置和测量方法作进一步详细说明。
如图1所示，一种岩体结构面空间位置测量装置，包括：三脚架1、精密水平仪2、精密指南针3、圆盘4、精密测距仪5；圆盘4底面圆心处与三脚架1连接；
如图2所示，圆盘4的半径为10cm，圆心O和圆周上两个点N、E标记在其上表面，N、E成90°的圆心角，圆盘4上表面开有水平仪放置槽7和指南针放置槽8，精密水平仪2和精密指南针3分别放置在水平仪放置槽7和指南针放置槽8内，指南针放置槽8的圆心位于点N与圆盘4圆心的连线上；O、N、E三点位置各固定安装有精密测距仪5；
如图3所示，精密测距仪5的光束发射端9发射光束，锥型头端10固定安装在圆盘上O、N、E三点。
一种岩体结构面空间位置测量方法，包括如下步骤：
步骤一：选取合适的首测站；考虑岩体上结构面迹线与测站的通视情况，不能影响测距仪光束的发射和接受，易于固定三脚架1。
步骤二：安装圆盘测量平台；将圆盘4安装三脚架1上，水平仪2和指南针3分别放在圆盘槽7、8内，安放在首测站位置。
步骤三：调节圆盘测量平台，建立独立空间直角坐标系；通过调节三脚架1和圆盘4使圆盘4水平、指南针3指向圆盘N点，并建立一个以O为圆心，ON为x轴正方向，OE为y轴正方向的空间直角坐标系。
步骤四：分别测量O、N、E至结构面上6个不共线出露点的距离；测距仪锥型端10分别固定在O、N、E位置，转动测距仪发射射线测出O、N、E至结构面上六个不共线出露点的距离s，m，l。
步骤五：计算结构面上不共线点的空间直角坐标；利用三余弦定理、余弦定理等几何原理推算结构面上测点的空间直角坐标(x,y,z)。公式为：
其中x为测点的x坐标，单位为dm；y为测点的y坐标，单位为dm；z为测点的z坐标，单位为dm；s为圆心O至测点的距离，单位为dm；l为点E至测点的距离，单位为dm；m为点N至测点的距离，单位为dm。
步骤六：拟合结构面的平面方程；利用matlab软件将结构面所测六个点的坐标拟合成一个平面，获得平面方程：
Ax+By+Cz+D＝0
其中A、B、C、D为方程参数，且A、B、C不同时为0。
步骤七：重复步骤四至步骤六，测量测站范围内其他结构面的平面方程。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，上述实施例是本发明的一个优选技术方案，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。
Claims (10)
1.一种岩体结构面空间位置测量装置，其特征在于：包括：三脚架、精密水平仪、精密指南针、圆盘、精密测距仪；圆盘底面圆心处与三脚架连接；圆盘上表面开有水平仪放置槽和指南针放置槽，精密水平仪和精密指南针分别放置在水平仪放置槽和指南针放置槽内；圆盘圆心O和圆周上两个点N、E标记在其上表面，O、N、E三点位置各固定安装有精密测距仪。
2.根据权利要求1所述的一种岩体结构面空间位置测量装置，其特征在于：所述N、E成90°的圆心角，指南针放置槽的圆心位于点N与圆盘圆心的连线上。
3.根据权利要求2所述的一种岩体结构面空间位置测量装置，其特征在于：所述精密测距仪的光束发射端发射光束，锥型头端固定安装在圆盘上O、N、E三点。
4.一种岩体结构面空间位置测量方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：选取合适的首测站；
步骤二：安装圆盘测量平台；
步骤三：调节圆盘测量平台，建立独立空间直角坐标系；
步骤四：分别测量O、N、E至结构面上6个不共线出露点的距离；
步骤五：计算结构面上不共线点的空间直角坐标；
步骤六：拟合结构面的平面方程；
步骤七：重复步骤四至步骤六，测量测站范围内其他结构面的平面方程。
5.根据权利要求4所述的一种岩体结构面空间位置测量方法，其特征在于：所述步骤一中，要考虑岩体上结构面迹线与测站的通视情况，不能影响测距仪光束的发射和接受，易于固定三脚架。
6.根据权利要求5所述的一种岩体结构面空间位置测量方法，其特征在于：所述步骤二中，将圆盘安装三脚架上，水平仪和指南针分别放在水平仪放置槽和指南针放置槽，安放在首测站位置。
7.根据权利要求6所述的一种岩体结构面空间位置测量方法，其特征在于：所述步骤三中，通过调节三脚架和圆盘使圆盘水平、指南针指向圆盘N点，并建立一个以O为圆心，ON为x轴正方向，OE为y轴正方向的空间直角坐标系。
8.根据权利要求7所述的一种岩体结构面空间位置测量方法，其特征在于：所述步骤四中，测距仪锥型端分别固定在O、N、E位置，转动测距仪发射射线测出O、N、E至结构面上6个不共线出露点的距离。
9.根据权利要求8所述的一种岩体结构面空间位置测量方法，其特征在于：所述步骤五中，利用三余弦定理、余弦定理等几何原理推算结构面上测点的空间直角坐标；公式为：
其中x为测点的x坐标，单位为dm；y为测点的y坐标，单位为dm；z为测点的z坐标，单位为dm；s为圆心O至测点的距离，单位为dm；l为点E至测点的距离，单位为dm；m为点N至测点的距离，单位为dm。
10.根据权利要求9所述的一种岩体结构面空间位置测量方法，其特征在于：所述步骤七中，利用matlab软件将结构面所测六个点的坐标拟合成一个平面，获得平面方程：
Ax+By+Cz+D＝0
其中A、B、C、D为方程参数，且A、B、C不同时为0。
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