專利名稱：一種工程地質裂縫測量方法及其測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及工程地質裂縫的一種測量方法，特別涉及ー種地表工程地質裂縫的測量方法及其測量裝置。
背景技術：
工程建設、開挖、爆破以及采動等人類活動經(jīng)常會引起巖土體的破壞與失穩(wěn)，從而導致地表裂縫的發(fā)生。裂縫的出現(xiàn)部位正是巖土體應カ集中區(qū)或是強度比較低的地方，這也可能是地面沉陷、塌陷等地質災害發(fā)生的前兆，它的發(fā)展變化自然會影響到正常的工程建設、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，是工程技術人員能夠及時采取相應防范加固措施的重要依據(jù)，可見工程地質裂縫的變形監(jiān)測是非常重要的。工程地質裂縫的變形是受工程建筑、巖土體性質以及地應カ等因素控制，所以其變形應該是三維的，既有拉張閉合變形和水平錯動變形，也有沉降錯動變形，因此，裂縫的變形監(jiān)測也必須能夠監(jiān)測三個方向的變形。目前，裂縫變形監(jiān)測方法有多種，多采用地表裂縫兩側定點觀測的方法進行裂縫位移變化監(jiān)測。例如，利用GPS技術對裂縫兩邊的臨測點進行變形監(jiān)測，但是GPS除受衛(wèi)星信號和天氣等因素影響測量精度以外，高精度的設備成本也比較高；機械式測量裝置應用也很廣泛，但是傳統(tǒng)的機械式裂縫測量裝置往往要一次性安裝在觀測點上，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)有的分體式測量裝置除測量精度有限外，其往往不能進行較大尺寸變形情況下的裂縫三維變形測量。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是克服現(xiàn)有的工程地質裂縫測量方法中由于裝置自身結構及精度等方面缺陷而無法方便準確的測量裂縫三維變形量的不足，避免現(xiàn)有測量方法在使用范圍上的局限性，從而提供ー種工程地質裂縫測量方法及其測量裝置。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是為解決上述技術問題，如圖I所示，本發(fā)明ー種工程地質裂縫測量方法包括以下步驟(I)在地質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的兩處各開挖埋設ー個鋼管基座，并用混凝土進行加固澆注；(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；(3)首次測量時將多功能地質羅盤儀上傾向測量儀的圓形水準氣泡和傾角測量儀 的圓柱形水準氣泡分別調節(jié)到水平居中位置，記錄此時的傾向α、傾角β，同時記錄移動測桿顯示的長度刻度值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寬度和基準高差；(4)第N次測量程序與第一次相同，得到傾向α，、傾角β，及長度刻度值L'，用傾向α '與第一次測得的傾向α作差，SP Λ a = α丨-α，得到的L' cos Δ a cos β '和L' cosA α8 ηβ /分別為本次測量時兩邊鋼管基座的實際寬度和實際高差，則Λ L=L' cos Δ a cos β ' -Lcos β 和 AH = L' cos Δ α sin β ' -Lsin β 分別為兩次測量期間地質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動變形，而AS =
VSinA α為平行裂縫方向的水平錯動變形。(5)變形監(jiān)測結果中三個方向均為矢量變形，以數(shù)值的正負進行辨別，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??；△ S為正值表示裂縫兩邊逆時針水平錯動，反之順時針水平錯動。本發(fā)明的ー種工程地質裂縫測量方法的專用測量裝置，包括在地質體裂縫兩邊分別固定一個鋼管基座，兩個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，所述兩個鋼管支架的頂端通過銷釘分別連接有固定測桿和移動測桿，所述固定測桿和移動測桿通過中間的多功能地質羅盤儀進行連接。所述多功能地質羅盤儀為立方體設計，內部固定有固定測桿，且其可以兩邊測桿 的銷釘及旋轉墊片為依托自由旋轉，在其上頂面及平行于固定測桿的豎直側面分別安裝有一個傾向測量儀和一個傾角測量儀。所述傾向測量儀為ー個羅盤指南針，包括刻度盤、傾向指針以及圓形水準氣泡，通過固定支架及銷釘固定在多功能地質羅盤儀的上表面，且以固定支架上的銷釘為軸可自由旋轉。所述傾角測量儀為ー個手動測角儀，包括刻度盤、傾角指針和圓柱形水準氣泡。所述鋼管基座埋設在地質體裂縫兩邊且距裂縫20 40cm的同一條垂線上，并用混凝土進行加固澆注。所述兩邊鋼管支架與固定測桿和移動測桿通過兩個銷釘進行連接，且固定測桿和移動測桿均可以銷釘為軸進行自由轉動。所述固定測桿和移動測桿均為空心設計，固定測桿的內徑恰好等于移動測桿的外徑，移動測桿的外壁圓周頂部和側部分別設計有標準長度単位刻度線和一條凹槽，且通過凹槽鑲嵌于固定測桿內壁上設計的凸起內，固定測桿空心內裝有ー根兩端分別固定在左邊銷釘和移動測桿左端的彈簧。本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是本發(fā)明ー種工程地質裂縫測量方法及其測量裝置，采用了裂縫兩邊預埋固定的鋼管基座，結構簡單，成本低廉；最大的優(yōu)點是不易被人挪動和破壞，適合長期監(jiān)測使用，克服了以往裝置一次安裝不能移動的不足。它的上部支架部分結構簡單，采用銷釘設計，操作簡單，不用時便于拆卸攜帯。由于測桿內有彈簧設計，測桿可自動收縮定型，測量時只需調節(jié)兩個水準氣泡保持水平即可讀取數(shù)值，無需調節(jié)測桿，省時省力，方便快捷。裝置采用純機械式設計，不受電力、信號等外界因素的干擾，隨取隨用，無需定期維護。對于變形幅度較大的裂縫，只需適當調整支架及測桿的設計長度即可，其他不用更換，便于各種エ況下進行長期監(jiān)測，節(jié)約成本。本發(fā)明的目的、特征及優(yōu)點將通過優(yōu)選的實施例結合附圖加以說明。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的具體實施方式
作進ー步說明。圖I為本發(fā)明工程地質裂縫測量裝置的ー實施例總體結構示意圖；圖2為本發(fā)明工程地質裂縫測量裝置的ー實施例連接部位結構示意圖3為本發(fā)明工程地質裂縫測量裝置的一實施例中多功能地質羅盤儀俯視圖；附圖標示地質體裂縫I混凝土 2鋼管基座3固定端頭4多功能地質羅盤儀5鋼管支架6銷釘7固定測桿8彈簧9傾向測量儀10凹槽11移動測桿12傾角測量儀13圓柱形水準氣泡14傾角指針15 固定支架16圓形水準氣泡17亥Ij度盤18傾向指針19刻度線20旋轉墊片2具體實施例方式參照附圖，將詳細敘述本發(fā)明的具體實施方案。制作一工程地質裂縫測量裝置，如圖I所示，在地質體裂縫I的同一條垂線上選取分別位于裂縫兩邊且距裂縫20 40cm的兩處各開挖埋設ー個鋼管基座3，并用混凝土 2進行加固澆注；兩個鋼管支架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，所述兩個鋼管支架6的頂端通過銷釘7分別連接有固定測桿8和移動測桿12，所述固定測桿8和移動測桿12為空心設計，通過中間的多功能地質羅盤儀6進行連接，固定測桿8的內徑恰好等于移動測桿12的外徑，移動測桿12的外壁圓周頂部和側部分別設計有標準長度単位刻度線20和一條凹槽11，且通過凹槽11鑲嵌于固定測桿8內壁上設計的凸起內，固定測桿8空心內裝有ー根兩端分別固定在左邊銷釘7和移動測桿12左端的彈簧9 ;所述多功能地質羅盤儀6為立方體設計，內部固定有固定測桿8，且其可以兩邊測桿的銷釘7及旋轉墊片21為依托與兩邊測桿一起自由旋轉，在其上頂面及平行于固定測桿8的豎直側面分別安裝有一個傾向測量儀10和一個傾角測量儀13 ;所述傾向測量儀10為ー個羅盤指南針，包括刻度盤18、傾向指針19以及圓形水準氣泡17，通過固定支架16及銷釘7固定在多功能地質羅盤儀6的上表面，且以固定支架16上的銷釘7為軸可自由旋轉；所述傾角測量儀13為ー個手動測角儀，包括刻度盤18、傾角指針15和圓柱形水準氣泡14。利用上述實施例制作的工程地質裂縫測量裝置進行現(xiàn)場監(jiān)測時的具體步驟如下(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；(2)通過轉動多功能地質羅盤儀5及其頂面的傾向測量儀10調節(jié)圓形水準氣泡17處于居中位置，然后調節(jié)傾角測量儀13上的傾角指針15，使圓柱形水準氣泡14也處于居中位置；(3)停止觸動裝置，使移動測桿12在彈簧9的作用下自由靜止，記錄此時的傾向α、傾角β，同時記錄移動測桿12顯示的長度刻度值L ；(4)以首次測量時所得到的傾向α、傾角β，長度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的基準寬度和基準高差；(5)第N次測量程序與第一次相同，得到傾向α'、傾角β'及長度刻度值L'，用傾向α '與第一次測得的傾向α作差，SP Λ a = α丨-α，得到的L' cos Δ a cos β '和L' cosA α8 ηβ /分別為本次測量時兩邊鋼管基座3的實際寬度和實際高差，則Λ L=L' cos Δ a cos β ' -Lcos β 和 AH = L' cos Δ α sin β ' -Lsin β 分別為兩次測量期間地質體裂縫I在垂直裂縫方向的拉張閉合變形和豎直方向的沉降錯動變形，而AS =
VSinA α為平行裂縫方向的水平錯動變形。(6)變形監(jiān)測結果中三個方向均為矢量變形，以數(shù)值的正負進行辨別，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??；△ S為正值表示裂縫兩邊逆時針水平錯動，反之順時針水平錯動。
本發(fā)明地質裂縫測量裝置監(jiān)測所得的變形數(shù)據(jù)，可以通過任意兩期數(shù)據(jù)進行對比計算，得到地質體裂縫任意監(jiān)測時段的變形量，為工程技術人員及時采取有效地加固預防措施提供依據(jù)。
權利要求
1.ー種工程地質裂縫測量方法，該方法包括以下步驟 (1)在地質體裂縫(I)的同一條垂線上選取分別位于裂縫兩邊且距裂縫20 40cm的兩處各開挖埋設ー個鋼管基座(3)，并用混凝土(2)進行加固澆注； (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； (3)首次測量時將多功能地質羅盤儀(5)上傾向測量儀(10)的圓形水準氣泡(17)和傾角測量儀(13)的圓柱形水準氣泡(14)分別調節(jié)到水平居中位置，記錄此時的傾向α、傾角β，同時記錄移動測桿(12)顯示的長度刻度值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)的基準寬度和基準高差； (4)第N次測量程序與第一次相同，得到傾向α，、傾角β，及長度刻度值L'，用傾向α '與第一次測得的傾向Ct作差，即Δ α = α ' -α ,得到的L' cos Δ a cos β '和L' cosA α8 ηβ /分別為本次測量時兩邊鋼管基座(3)的實際寬度和實際高差，則Λ L=V cos Δ a cos β ' -Lcos β 和 AH = L' cos Δ α sin β ' -Lsini^ 分別為兩次測量期間地質體裂縫(I)在垂直裂縫方向的拉張閉合變形和豎直方向的沉降錯動變形，而AS =VSinA α為平行裂縫方向的水平錯動變形。
2.按權利要求I所述的工程地質裂縫測量方法，其特征在于，所述變形監(jiān)測結果中三個方向均為矢量變形，以數(shù)值的正負進行辨別，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針水平錯動，反之順時針水平錯動。
3.一種按權利要求I所述的工程地質裂縫測量方法的專用測量裝置，包括在地質體裂縫(I)兩邊分別固定一個鋼管基座(3)，兩個鋼管支架(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，所述兩個鋼管支架(6)的頂端通過銷釘(7)分別連接有固定測桿(8)和移動測桿(12)，所述固定測桿(8)和移動測桿(12)通過中間的多功能地質羅盤儀(6)進行連接。
4.按權利要求3所述的工程地質裂縫測量方法的專用測量裝置，其特征在于，所述多功能地質羅盤儀出)為立方體設計，內部固定有固定測桿(8)，且其可以兩邊測桿的銷釘(7)及旋轉墊片(21)為依托自由旋轉，在其上頂面及平行于固定測桿(8)的豎直側面分別安裝有一個傾向測量儀(10)和一個傾角測量儀(13)。
5.按權利要求3或4所述的工程地質裂縫測量方法的專用測量裝置，其特征在干，所述傾向測量儀(10)為ー個羅盤指南針，包括刻度盤(18)、傾向指針(19)以及圓形水準氣泡(17)，通過固定支架(16)及銷釘(7)固定在多功能地質羅盤儀(6)的上表面，且以固定支架(16)上的銷釘(7)為軸可自由旋轉。
6.按權利要求3或4所述的工程地質裂縫測量方法的專用測量裝置，其特征在干，所述傾角測量儀(13)為ー個手動測角儀，包括刻度盤(18)、傾角指針(15)和圓柱形水準氣泡(14)。
7.按權利要求3所述的工程地質裂縫測量方法的專用測量裝置，其特征在于，所述的鋼管基座(3)埋設在地質體裂縫(I)兩邊且距裂縫20 40cm的同一條垂線上，并用混凝土⑵進行加固澆注。
8.按權利要求3所述的工程地質裂縫測量方法的專用測量裝置，其特征在于，所述兩邊鋼管支架(6)與固定測桿⑶和移動測桿(12)通過兩個銷釘(7)進行連接，且固定測桿(8)和移動測桿(12)均可以銷釘(7)為軸進行自由轉動。
9.按權利要求3所述的工程地質裂縫測量方法的專用測量裝置，其特征在于，所述固定測桿(8)和移動測桿(12)均為空心設計，固定測桿(8)的內徑恰好等于移動測桿(12)的外徑，移動測桿(12)的外壁圓周頂部和側部分別設計有標準長度単位刻度線(20)和一條凹槽(11)，且通過凹槽(11)鑲嵌于固定測桿⑶內壁上設計的凸起內，固定測桿⑶空心內裝有ー根兩端分別固定在左邊銷釘(7)和移動測桿(12)左端的彈簧(9)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種工程地質裂縫測量方法及其測量裝置，該裝置包括兩個分別固定在地質體裂縫兩邊的鋼管基座，兩個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，所述兩個鋼管支架的頂端通過銷釘分別連接有固定測桿和移動測桿，所述固定測桿和移動測桿通過中間的多功能地質羅盤儀進行連接；所述多功能地質羅盤儀為立方體設計，固定測桿固定于其內部，且其可以兩邊測桿的銷釘及旋轉墊片為依托自由旋轉；本發(fā)明克服現(xiàn)有的工程地質裂縫測量方法中由于裝置自身結構及精度等缺陷而無法方便準確的測量裂縫三維變形量的不足，避免了現(xiàn)有測量方法在使用范圍上的局限性。
文檔編號E02D33/00GK102720173SQ20111007639
公開日2012年10月10日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權日2011年3月29日
發(fā)明者趙海軍, 郭捷, 馬鳳山, 魏愛華 申請人:中國科學院地質與地球物理研究所