專利名稱：一種工程地質(zhì)裂縫測(cè)量方法及其測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工程地質(zhì)裂縫的一種測(cè)量方法，特別涉及ー種地表工程地質(zhì)裂縫的測(cè)量方法及其測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
工程建設(shè)、開挖、爆破以及采動(dòng)等人類活動(dòng)經(jīng)常會(huì)引起巖土體的破壞與失穩(wěn)，從而導(dǎo)致地表裂縫的發(fā)生。裂縫的出現(xiàn)部位正是巖土體應(yīng)カ集中區(qū)或是強(qiáng)度比較低的地方，這也可能是地面沉陷、塌陷等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的前兆，它的發(fā)展變化自然會(huì)影響到正常的工程建設(shè)、生產(chǎn)、交通道路以及地表建筑物的安全。因此，掌握它的變化趨勢(shì)，是工程技術(shù)人員能夠及時(shí)采取相應(yīng)防范加固措施的重要依據(jù)，可見工程地質(zhì)裂縫的變形監(jiān)測(cè)是非常重要的。工程地質(zhì)裂縫的變形是受工程建筑、巖土體性質(zhì)以及地應(yīng)カ等因素控制，所以其變形應(yīng)該是三維的，既有拉張閉合變形和水平錯(cuò)動(dòng)變形，也有沉降錯(cuò)動(dòng)變形，因此，裂縫的變形監(jiān)測(cè)也必須能夠監(jiān)測(cè)三個(gè)方向的變形。目前，裂縫變形監(jiān)測(cè)方法有多種，多采用地表裂縫兩側(cè)定點(diǎn)觀測(cè)的方法進(jìn)行裂縫位移變化監(jiān)測(cè)。例如，利用GPS技術(shù)對(duì)裂縫兩邊的臨測(cè)點(diǎn)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，但是GPS除受衛(wèi)星信號(hào)和天氣等因素影響測(cè)量精度以外，高精度的設(shè)備成本也比較高；機(jī)械式測(cè)量裝置應(yīng)用也很廣泛，但是傳統(tǒng)的機(jī)械式裂縫測(cè)量裝置往往要一次性安裝在觀測(cè)點(diǎn)上，不能拆卸，這樣不但有可能妨礙交通而且也不安全，容易丟失；而現(xiàn)有的分體式測(cè)量裝置除測(cè)量精度有限外，其往往不能進(jìn)行較大尺寸變形情況下的裂縫三維變形測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有的工程地質(zhì)裂縫測(cè)量方法中由于裝置自身結(jié)構(gòu)及精度等方面缺陷而無法方便準(zhǔn)確的測(cè)量裂縫三維變形量的不足，避免現(xiàn)有測(cè)量方法在使用范圍上的局限性，從而提供ー種工程地質(zhì)裂縫測(cè)量方法及其測(cè)量裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是為解決上述技術(shù)問題，如圖I所示，本發(fā)明ー種工程地質(zhì)裂縫測(cè)量方法包括以下步驟(I)在地質(zhì)體裂縫的同一條垂線上選取分別位于裂縫兩邊且距裂縫20 40cm的兩處各開挖埋設(shè)ー個(gè)鋼管基座，并用混凝土進(jìn)行加固澆注；(2)分別將兩邊鋼管支架下端的固定端頭插入基座頂部的鋼管內(nèi)；(3)首次測(cè)量時(shí)將多功能地質(zhì)羅盤儀上傾向測(cè)量?jī)x的圓形水準(zhǔn)氣泡和傾角測(cè)量?jī)x 的圓柱形水準(zhǔn)氣泡分別調(diào)節(jié)到水平居中位置，記錄此時(shí)的傾向α、傾角β，同時(shí)記錄移動(dòng)測(cè)桿顯示的長(zhǎng)度刻度值L，以L在水平和豎直方向的投影Lcosii和LsinP分別作為兩邊鋼管基座的基準(zhǔn)寬度和基準(zhǔn)高差；(4)第N次測(cè)量程序與第一次相同，得到傾向α，、傾角β，及長(zhǎng)度刻度值L'，用傾向α '與第一次測(cè)得的傾向α作差，SP Λ a = α丨-α，得到的L' cos Δ a cos β '和L' cosA α8 ηβ /分別為本次測(cè)量時(shí)兩邊鋼管基座的實(shí)際寬度和實(shí)際高差，則Λ L=L' cos Δ a cos β ' -Lcos β 和 AH = L' cos Δ α sin β ' -Lsin β 分別為兩次測(cè)量期間地質(zhì)體裂縫在垂直裂縫方向的拉張閉合變形和豎直方向的沉降錯(cuò)動(dòng)變形，而AS =
VSinA α為平行裂縫方向的水平錯(cuò)動(dòng)變形。(5)變形監(jiān)測(cè)結(jié)果中三個(gè)方向均為矢量變形，以數(shù)值的正負(fù)進(jìn)行辨別，AL為正值表示裂縫張開，反之閉合；△ H為正值表示裂縫兩邊高差變大，反之減?。弧?S為正值表示裂縫兩邊逆時(shí)針?biāo)藉e(cuò)動(dòng)，反之順時(shí)針?biāo)藉e(cuò)動(dòng)。本發(fā)明的ー種工程地質(zhì)裂縫測(cè)量方法的專用測(cè)量裝置，包括在地質(zhì)體裂縫兩邊分別固定一個(gè)鋼管基座，兩個(gè)鋼管支架分別通過下端的固定端頭插入并固定在所述兩邊鋼管基座的頂部鋼管內(nèi)，所述兩個(gè)鋼管支架的頂端通過銷釘分別連接有固定測(cè)桿和移動(dòng)測(cè)桿，所述固定測(cè)桿和移動(dòng)測(cè)桿通過中間的多功能地質(zhì)羅盤儀進(jìn)行連接。所述多功能地質(zhì)羅盤儀為立方體設(shè)計(jì)，內(nèi)部固定有固定測(cè)桿，且其可以兩邊測(cè)桿 的銷釘及旋轉(zhuǎn)墊片為依托自由旋轉(zhuǎn)，在其上頂面及平行于固定測(cè)桿的豎直側(cè)面分別安裝有一個(gè)傾向測(cè)量?jī)x和一個(gè)傾角測(cè)量?jī)x。所述傾向測(cè)量?jī)x為ー個(gè)羅盤指南針，包括刻度盤、傾向指針以及圓形水準(zhǔn)氣泡，通過固定支架及銷釘固定在多功能地質(zhì)羅盤儀的上表面，且以固定支架上的銷釘為軸可自由旋轉(zhuǎn)。所述傾角測(cè)量?jī)x為ー個(gè)手動(dòng)測(cè)角儀，包括刻度盤、傾角指針和圓柱形水準(zhǔn)氣泡。所述鋼管基座埋設(shè)在地質(zhì)體裂縫兩邊且距裂縫20 40cm的同一條垂線上，并用混凝土進(jìn)行加固澆注。所述兩邊鋼管支架與固定測(cè)桿和移動(dòng)測(cè)桿通過兩個(gè)銷釘進(jìn)行連接，且固定測(cè)桿和移動(dòng)測(cè)桿均可以銷釘為軸進(jìn)行自由轉(zhuǎn)動(dòng)。所述固定測(cè)桿和移動(dòng)測(cè)桿均為空心設(shè)計(jì)，固定測(cè)桿的內(nèi)徑恰好等于移動(dòng)測(cè)桿的外徑，移動(dòng)測(cè)桿的外壁圓周頂部和側(cè)部分別設(shè)計(jì)有標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度単位刻度線和一條凹槽，且通過凹槽鑲嵌于固定測(cè)桿內(nèi)壁上設(shè)計(jì)的凸起內(nèi)，固定測(cè)桿空心內(nèi)裝有ー根兩端分別固定在左邊銷釘和移動(dòng)測(cè)桿左端的彈簧。本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是本發(fā)明ー種工程地質(zhì)裂縫測(cè)量方法及其測(cè)量裝置，采用了裂縫兩邊預(yù)埋固定的鋼管基座，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉；最大的優(yōu)點(diǎn)是不易被人挪動(dòng)和破壞，適合長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)使用，克服了以往裝置一次安裝不能移動(dòng)的不足。它的上部支架部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用銷釘設(shè)計(jì)，操作簡(jiǎn)單，不用時(shí)便于拆卸攜帯。由于測(cè)桿內(nèi)有彈簧設(shè)計(jì)，測(cè)桿可自動(dòng)收縮定型，測(cè)量時(shí)只需調(diào)節(jié)兩個(gè)水準(zhǔn)氣泡保持水平即可讀取數(shù)值，無需調(diào)節(jié)測(cè)桿，省時(shí)省力，方便快捷。裝置采用純機(jī)械式設(shè)計(jì)，不受電力、信號(hào)等外界因素的干擾，隨取隨用，無需定期維護(hù)。對(duì)于變形幅度較大的裂縫，只需適當(dāng)調(diào)整支架及測(cè)桿的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度即可，其他不用更換，便于各種エ況下進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，節(jié)約成本。本發(fā)明的目的、特征及優(yōu)點(diǎn)將通過優(yōu)選的實(shí)施例結(jié)合附圖加以說明。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)ー步說明。圖I為本發(fā)明工程地質(zhì)裂縫測(cè)量裝置的ー實(shí)施例總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明工程地質(zhì)裂縫測(cè)量裝置的ー實(shí)施例連接部位結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明工程地質(zhì)裂縫測(cè)量裝置的一實(shí)施例中多功能地質(zhì)羅盤儀俯視圖；附圖標(biāo)示地質(zhì)體裂縫I混凝土 2鋼管基座3固定端頭4多功能地質(zhì)羅盤儀5鋼管支架6銷釘7固定測(cè)桿8彈簧9傾向測(cè)量?jī)x10凹槽11移動(dòng)測(cè)桿12傾角測(cè)量?jī)x13圓柱形水準(zhǔn)氣泡14傾角指針15 固定支架16圓形水準(zhǔn)氣泡17亥Ij度盤18傾向指針19刻度線20旋轉(zhuǎn)墊片2具體實(shí)施例方式參照附圖，將詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方案。制作一工程地質(zhì)裂縫測(cè)量裝置，如圖I所示，在地質(zhì)體裂縫I的同一條垂線上選取分別位于裂縫兩邊且距裂縫20 40cm的兩處各開挖埋設(shè)ー個(gè)鋼管基座3，并用混凝土 2進(jìn)行加固澆注；兩個(gè)鋼管支架6分別通過下端的固定端頭4插入并固定在所述兩邊鋼管基座3的頂部鋼管內(nèi)，所述兩個(gè)鋼管支架6的頂端通過銷釘7分別連接有固定測(cè)桿8和移動(dòng)測(cè)桿12，所述固定測(cè)桿8和移動(dòng)測(cè)桿12為空心設(shè)計(jì)，通過中間的多功能地質(zhì)羅盤儀6進(jìn)行連接，固定測(cè)桿8的內(nèi)徑恰好等于移動(dòng)測(cè)桿12的外徑，移動(dòng)測(cè)桿12的外壁圓周頂部和側(cè)部分別設(shè)計(jì)有標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度単位刻度線20和一條凹槽11，且通過凹槽11鑲嵌于固定測(cè)桿8內(nèi)壁上設(shè)計(jì)的凸起內(nèi)，固定測(cè)桿8空心內(nèi)裝有ー根兩端分別固定在左邊銷釘7和移動(dòng)測(cè)桿12左端的彈簧9 ;所述多功能地質(zhì)羅盤儀6為立方體設(shè)計(jì)，內(nèi)部固定有固定測(cè)桿8，且其可以兩邊測(cè)桿的銷釘7及旋轉(zhuǎn)墊片21為依托與兩邊測(cè)桿一起自由旋轉(zhuǎn)，在其上頂面及平行于固定測(cè)桿8的豎直側(cè)面分別安裝有一個(gè)傾向測(cè)量?jī)x10和一個(gè)傾角測(cè)量?jī)x13 ;所述傾向測(cè)量?jī)x10為ー個(gè)羅盤指南針，包括刻度盤18、傾向指針19以及圓形水準(zhǔn)氣泡17，通過固定支架16及銷釘7固定在多功能地質(zhì)羅盤儀6的上表面，且以固定支架16上的銷釘7為軸可自由旋轉(zhuǎn)；所述傾角測(cè)量?jī)x13為ー個(gè)手動(dòng)測(cè)角儀，包括刻度盤18、傾角指針15和圓柱形水準(zhǔn)氣泡14。利用上述實(shí)施例制作的工程地質(zhì)裂縫測(cè)量裝置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)時(shí)的具體步驟如下(I)分別將兩邊鋼管支架6下端的固定端頭4插入基座3的頂部鋼管內(nèi)；(2)通過轉(zhuǎn)動(dòng)多功能地質(zhì)羅盤儀5及其頂面的傾向測(cè)量?jī)x10調(diào)節(jié)圓形水準(zhǔn)氣泡17處于居中位置，然后調(diào)節(jié)傾角測(cè)量?jī)x13上的傾角指針15，使圓柱形水準(zhǔn)氣泡14也處于居中位置；(3)停止觸動(dòng)裝置，使移動(dòng)測(cè)桿12在彈簧9的作用下自由靜止，記錄此時(shí)的傾向α、傾角β，同時(shí)記錄移動(dòng)測(cè)桿12顯示的長(zhǎng)度刻度值L ；(4)以首次測(cè)量時(shí)所得到的傾向α、傾角β，長(zhǎng)度L為初始值，以L在水平和豎直方向的投影Lcosii和Lsinii分別作為兩邊鋼管基座3的基準(zhǔn)寬度和基準(zhǔn)高差；(5)第N次測(cè)量程序與第一次相同，得到傾向α'、傾角β'及長(zhǎng)度刻度值L'，用傾向α '與第一次測(cè)得的傾向α作差，SP Λ a = α丨-α，得到的L' cos Δ a cos β '和L' cosA α8 ηβ /分別為本次測(cè)量時(shí)兩邊鋼管基座3的實(shí)際寬度和實(shí)際高差，則Λ L=L' cos Δ a cos β ' -Lcos β 和 AH = L' cos Δ α sin β ' -Lsin β 分別為兩次測(cè)量期間地質(zhì)體裂縫I在垂直裂縫方向的拉張閉合變形和豎直方向的沉降錯(cuò)動(dòng)變形，而AS =
VSinA α為平行裂縫方向的水平錯(cuò)動(dòng)變形。(6)變形監(jiān)測(cè)結(jié)果中三個(gè)方向均為矢量變形，以數(shù)值的正負(fù)進(jìn)行辨別，AL為正值表示裂縫張開，反之閉合；△ H為正值表示裂縫兩邊高差變大，反之減小；△ S為正值表示裂縫兩邊逆時(shí)針?biāo)藉e(cuò)動(dòng)，反之順時(shí)針?biāo)藉e(cuò)動(dòng)。
本發(fā)明地質(zhì)裂縫測(cè)量裝置監(jiān)測(cè)所得的變形數(shù)據(jù)，可以通過任意兩期數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，得到地質(zhì)體裂縫任意監(jiān)測(cè)時(shí)段的變形量，為工程技術(shù)人員及時(shí)采取有效地加固預(yù)防措施提供依據(jù)。
權(quán)利要求
1.ー種工程地質(zhì)裂縫測(cè)量方法，該方法包括以下步驟 (1)在地質(zhì)體裂縫(I)的同一條垂線上選取分別位于裂縫兩邊且距裂縫20 40cm的兩處各開挖埋設(shè)ー個(gè)鋼管基座(3)，并用混凝土(2)進(jìn)行加固澆注； (2)分別將兩邊鋼管支架(6)下端的固定端頭(4)插入基座(3)頂部的鋼管內(nèi)； (3)首次測(cè)量時(shí)將多功能地質(zhì)羅盤儀(5)上傾向測(cè)量?jī)x(10)的圓形水準(zhǔn)氣泡(17)和傾角測(cè)量?jī)x(13)的圓柱形水準(zhǔn)氣泡(14)分別調(diào)節(jié)到水平居中位置，記錄此時(shí)的傾向α、傾角β，同時(shí)記錄移動(dòng)測(cè)桿(12)顯示的長(zhǎng)度刻度值L，以L在水平和豎直方向的投影Lcosii和Lsinii分別作為兩邊鋼管基座(3)的基準(zhǔn)寬度和基準(zhǔn)高差； (4)第N次測(cè)量程序與第一次相同，得到傾向α，、傾角β，及長(zhǎng)度刻度值L'，用傾向α '與第一次測(cè)得的傾向Ct作差，即Δ α = α ' -α ,得到的L' cos Δ a cos β '和L' cosA α8 ηβ /分別為本次測(cè)量時(shí)兩邊鋼管基座(3)的實(shí)際寬度和實(shí)際高差，則Λ L=V cos Δ a cos β ' -Lcos β 和 AH = L' cos Δ α sin β ' -Lsini^ 分別為兩次測(cè)量期間地質(zhì)體裂縫(I)在垂直裂縫方向的拉張閉合變形和豎直方向的沉降錯(cuò)動(dòng)變形，而AS =VSinA α為平行裂縫方向的水平錯(cuò)動(dòng)變形。
2.按權(quán)利要求I所述的工程地質(zhì)裂縫測(cè)量方法，其特征在于，所述變形監(jiān)測(cè)結(jié)果中三個(gè)方向均為矢量變形，以數(shù)值的正負(fù)進(jìn)行辨別，AL為正值表示裂縫張開，反之閉合；ΛΗ為正值表示裂縫兩邊高差變大，反之減??；△ S為正值表示裂縫兩邊逆時(shí)針?biāo)藉e(cuò)動(dòng)，反之順時(shí)針?biāo)藉e(cuò)動(dòng)。
3.一種按權(quán)利要求I所述的工程地質(zhì)裂縫測(cè)量方法的專用測(cè)量裝置，包括在地質(zhì)體裂縫(I)兩邊分別固定一個(gè)鋼管基座(3)，兩個(gè)鋼管支架(6)分別通過下端的固定端頭(4)插入并固定在所述兩邊鋼管基座(3)的頂部鋼管內(nèi)，所述兩個(gè)鋼管支架(6)的頂端通過銷釘(7)分別連接有固定測(cè)桿(8)和移動(dòng)測(cè)桿(12)，所述固定測(cè)桿(8)和移動(dòng)測(cè)桿(12)通過中間的多功能地質(zhì)羅盤儀(6)進(jìn)行連接。
4.按權(quán)利要求3所述的工程地質(zhì)裂縫測(cè)量方法的專用測(cè)量裝置，其特征在于，所述多功能地質(zhì)羅盤儀出)為立方體設(shè)計(jì)，內(nèi)部固定有固定測(cè)桿(8)，且其可以兩邊測(cè)桿的銷釘(7)及旋轉(zhuǎn)墊片(21)為依托自由旋轉(zhuǎn)，在其上頂面及平行于固定測(cè)桿(8)的豎直側(cè)面分別安裝有一個(gè)傾向測(cè)量?jī)x(10)和一個(gè)傾角測(cè)量?jī)x(13)。
5.按權(quán)利要求3或4所述的工程地質(zhì)裂縫測(cè)量方法的專用測(cè)量裝置，其特征在干，所述傾向測(cè)量?jī)x(10)為ー個(gè)羅盤指南針，包括刻度盤(18)、傾向指針(19)以及圓形水準(zhǔn)氣泡(17)，通過固定支架(16)及銷釘(7)固定在多功能地質(zhì)羅盤儀(6)的上表面，且以固定支架(16)上的銷釘(7)為軸可自由旋轉(zhuǎn)。
6.按權(quán)利要求3或4所述的工程地質(zhì)裂縫測(cè)量方法的專用測(cè)量裝置，其特征在干，所述傾角測(cè)量?jī)x(13)為ー個(gè)手動(dòng)測(cè)角儀，包括刻度盤(18)、傾角指針(15)和圓柱形水準(zhǔn)氣泡(14)。
7.按權(quán)利要求3所述的工程地質(zhì)裂縫測(cè)量方法的專用測(cè)量裝置，其特征在于，所述的鋼管基座(3)埋設(shè)在地質(zhì)體裂縫(I)兩邊且距裂縫20 40cm的同一條垂線上，并用混凝土⑵進(jìn)行加固澆注。
8.按權(quán)利要求3所述的工程地質(zhì)裂縫測(cè)量方法的專用測(cè)量裝置，其特征在于，所述兩邊鋼管支架(6)與固定測(cè)桿⑶和移動(dòng)測(cè)桿(12)通過兩個(gè)銷釘(7)進(jìn)行連接，且固定測(cè)桿(8)和移動(dòng)測(cè)桿(12)均可以銷釘(7)為軸進(jìn)行自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
9.按權(quán)利要求3所述的工程地質(zhì)裂縫測(cè)量方法的專用測(cè)量裝置，其特征在于，所述固定測(cè)桿(8)和移動(dòng)測(cè)桿(12)均為空心設(shè)計(jì)，固定測(cè)桿(8)的內(nèi)徑恰好等于移動(dòng)測(cè)桿(12)的外徑，移動(dòng)測(cè)桿(12)的外壁圓周頂部和側(cè)部分別設(shè)計(jì)有標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度単位刻度線(20)和一條凹槽(11)，且通過凹槽(11)鑲嵌于固定測(cè)桿⑶內(nèi)壁上設(shè)計(jì)的凸起內(nèi)，固定測(cè)桿⑶空心內(nèi)裝有ー根兩端分別固定在左邊銷釘(7)和移動(dòng)測(cè)桿(12)左端的彈簧(9)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種工程地質(zhì)裂縫測(cè)量方法及其測(cè)量裝置，該裝置包括兩個(gè)分別固定在地質(zhì)體裂縫兩邊的鋼管基座，兩個(gè)鋼管支架分別通過下端的固定端頭插入并固定在所述兩邊鋼管基座的頂部鋼管內(nèi)，所述兩個(gè)鋼管支架的頂端通過銷釘分別連接有固定測(cè)桿和移動(dòng)測(cè)桿，所述固定測(cè)桿和移動(dòng)測(cè)桿通過中間的多功能地質(zhì)羅盤儀進(jìn)行連接；所述多功能地質(zhì)羅盤儀為立方體設(shè)計(jì)，固定測(cè)桿固定于其內(nèi)部，且其可以兩邊測(cè)桿的銷釘及旋轉(zhuǎn)墊片為依托自由旋轉(zhuǎn)；本發(fā)明克服現(xiàn)有的工程地質(zhì)裂縫測(cè)量方法中由于裝置自身結(jié)構(gòu)及精度等缺陷而無法方便準(zhǔn)確的測(cè)量裂縫三維變形量的不足，避免了現(xiàn)有測(cè)量方法在使用范圍上的局限性。
文檔編號(hào)E02D33/00GK102720173SQ20111007639
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者趙海軍, 郭捷, 馬鳳山, 魏愛華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所