專利名稱：一種地表裂縫的三維測(cè)量方法及測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種群策群防對(duì)地質(zhì)體表面裂縫的三維測(cè)量方法和裝置，其中包含對(duì)裂縫表面張裂位移、裂縫下挫高程位移、裂縫主體滑動(dòng)方向的測(cè)量。
背景技術(shù)：
目前，滑坡監(jiān)測(cè)有許多種，主要有地表位移動(dòng)態(tài)觀測(cè)、深部位移動(dòng)態(tài)觀測(cè)、水文地質(zhì)觀測(cè)、地表水文觀測(cè)等方法。為了掌握滑坡表面各裂縫部分的動(dòng)態(tài)變化，需要進(jìn)行地表位移觀測(cè)。觀測(cè)方法很多，最常用的方法就是GPS全球定位系統(tǒng)和全站儀，還有就是將GPS接收機(jī)與電子全站儀或測(cè)量機(jī)器人連接在一起，就是所謂的超全站儀或超測(cè)量機(jī)器人，它是 GPS的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)與全站儀三維測(cè)量技術(shù)的完美結(jié)合。但是，這兩種測(cè)量方法都有難以克服的缺點(diǎn)，那就是在霧天或雨天等條件下，或其它惡劣的天氣條件下，GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)與全站儀三維測(cè)量技術(shù)都難以實(shí)現(xiàn)，且GPS造價(jià)高，很難實(shí)施大面積的覆蓋監(jiān)測(cè)，因此一種造價(jià)低廉，可大面積覆蓋監(jiān)測(cè)，且精度能夠達(dá)到要求的方法和裝置顯的尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有滑坡監(jiān)測(cè)方法及設(shè)備所存在的不足，本發(fā)明提供一種造價(jià)低廉、大面積覆蓋監(jiān)測(cè)區(qū)域、三維測(cè)量、施工簡單、精度能夠達(dá)到群測(cè)群防目的的一種滑坡地質(zhì)體表面裂縫的測(cè)量方法和裝置。一種地表裂縫的三維測(cè)量裝置，主要包括測(cè)量機(jī)構(gòu)和安裝機(jī)構(gòu)兩部分，所述測(cè)量機(jī)構(gòu)設(shè)置在安裝機(jī)構(gòu)上；其中測(cè)量機(jī)構(gòu)主要包括測(cè)量桶、頂蓋、重錘，轉(zhuǎn)動(dòng)軸承、定滑輪及其支架、測(cè)量游標(biāo)尺、指北針、下挫角度測(cè)量尺和銦鋼絲繩；測(cè)量桶筒壁外表面上沿其軸向設(shè)置有游標(biāo)尺，測(cè)量桶內(nèi)設(shè)置有重錘，筒壁上靠近游標(biāo)尺處，開有細(xì)長通孔，該通孔與游標(biāo)尺平行設(shè)置，從上至下貫穿測(cè)量桶的筒壁。重錘上設(shè)置有游標(biāo)尺指針，游標(biāo)尺指針由測(cè)量桶壁上的通孔伸出，用于在測(cè)量過程中指示重錘所處的位置；測(cè)量桶頂部設(shè)置有旋轉(zhuǎn)軸承，固定定滑輪及其支架和頂蓋可在旋轉(zhuǎn)軸承的作用下相對(duì)于測(cè)量桶旋轉(zhuǎn)，指北針固定設(shè)置在頂蓋頂部；頂蓋側(cè)壁上設(shè)置有出絲孔，并在出絲孔處設(shè)置有下挫角度測(cè)量尺；銦鋼絲繩一端固定設(shè)置在重錘上，另一端通過定滑輪的支撐由出絲孔穿出，固定在固定物體上。進(jìn)一步，所述安裝機(jī)構(gòu)包括承接法蘭和測(cè)量桶調(diào)平裝置，測(cè)量桶調(diào)平裝置設(shè)置在安裝法蘭上，測(cè)量桶調(diào)平裝置包括安裝平板和調(diào)平旋鈕，調(diào)平旋鈕設(shè)置在安裝平板下方，安裝平板上還設(shè)置有水準(zhǔn)珠，所述測(cè)量桶設(shè)置在安裝平板上。進(jìn)一步，所述測(cè)量裝置還包括兩個(gè)重錘卡釘，所述測(cè)量桶的側(cè)壁上靠近底部的位置還設(shè)置兩個(gè)對(duì)稱卡釘孔，兩個(gè)所述重錘卡釘分別由兩個(gè)卡釘孔中穿入，對(duì)重錘進(jìn)行定位。進(jìn)一步，所述下挫角度測(cè)量尺的測(cè)量范圍為-90° +90°，其測(cè)量基點(diǎn)與所述出絲孔重合。一種上述測(cè)量裝置的測(cè)量方法，具體步驟如下
A、在待測(cè)坡面上裂縫的兩側(cè)分別設(shè)置固定用和測(cè)量用的水泥墩臺(tái)；B、將測(cè)量裝置固定安裝在測(cè)量用水泥墩臺(tái)上，并將銦鋼絲繩的一端固定在所述固定用水泥墩臺(tái)上；
C、將測(cè)量裝置調(diào)節(jié)為水平；
D、記錄初始數(shù)據(jù)游標(biāo)尺指針?biāo)傅挠螛?biāo)尺刻度，銦鋼絲繩在下挫角度測(cè)量尺上所指示的角度和指北針指針?biāo)缚潭龋?br> E、在滑坡過程中定期巡查，并記錄步驟D中的三個(gè)相關(guān)數(shù)據(jù)；每次讀數(shù)前將裝置調(diào)平；
F、通過計(jì)算得出滑坡體表面位移、下挫高程和滑動(dòng)方向三個(gè)數(shù)值。進(jìn)一步，所述步驟A中的固定用水泥墩臺(tái)為垂直于水平面設(shè)置，所述測(cè)量用的水泥墩臺(tái)為水平設(shè)置。進(jìn)一步，所述步驟B具體包括下列步驟
Bi、通過承接法蘭將安裝機(jī)構(gòu)固定于被測(cè)點(diǎn)的水泥墩臺(tái)上；
B2、將裝有重錘的測(cè)量桶安裝在安裝機(jī)構(gòu)上，并將重錘滑動(dòng)卡釘卸下；
B3、將銦鋼絲繩繞過定滑輪由頂蓋的出絲孔中引出，并固定于固定用水泥墩臺(tái)上；
B4、將測(cè)量桶的頂蓋通過螺釘?shù)确绞焦潭ò惭b在轉(zhuǎn)動(dòng)軸承上的安裝裝置上；
B5、將指北針固定在頂蓋頂端；
B6、將下挫角度測(cè)量尺固定在頂蓋的側(cè)壁上；
進(jìn)一步，所述步驟C中測(cè)量裝置通過調(diào)平旋鈕和水準(zhǔn)珠將測(cè)量機(jī)構(gòu)調(diào)平。進(jìn)一步，所述步驟B3中將所述因鋼絲繩固定在固定用水泥墩臺(tái)后，其在所述水泥墩臺(tái)上的固定點(diǎn)與出絲點(diǎn)之間銦鋼絲繩為水平。


圖1為本發(fā)明中測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明中的測(cè)量裝置主要包括測(cè)量機(jī)構(gòu)和安裝機(jī)構(gòu)兩部分。其中測(cè)量機(jī)構(gòu)主要包括測(cè)量桶1、頂蓋2、重錘13，轉(zhuǎn)動(dòng)軸承7、定滑輪8及其支架、測(cè)量游標(biāo)尺5、指北針3、下挫角度測(cè)量尺4和銦鋼絲繩6。測(cè)量桶1筒壁外表面上沿其軸向設(shè)置有游標(biāo)尺5，游標(biāo)尺5的測(cè)量精度為0. 02mm。 測(cè)量測(cè)量桶1內(nèi)設(shè)置有重錘13，筒壁上靠近游標(biāo)尺5處，開有細(xì)長通孔，該通孔與游標(biāo)尺5 平行設(shè)置，從上至下貫穿測(cè)量桶1的筒壁。重錘13上設(shè)置有游標(biāo)尺指針18，游標(biāo)尺指針18 由測(cè)量桶1筒壁上的通孔伸出，用于在測(cè)量過程中指示重錘13所處的位置。為了防止重錘在運(yùn)輸過程中的擺動(dòng)而對(duì)測(cè)量桶1等設(shè)備組成部分造成損壞，在測(cè)量桶1的側(cè)壁上靠近底部的位置還設(shè)置兩個(gè)對(duì)稱卡釘孔，兩個(gè)重錘卡釘14分別由兩個(gè)卡釘孔中穿入，對(duì)重錘13 進(jìn)行定位。測(cè)量桶1的底部固定在安裝機(jī)構(gòu)上，測(cè)量桶1頂部設(shè)置有旋轉(zhuǎn)軸承7，旋轉(zhuǎn)軸承 7上設(shè)置有一安裝裝置12，用于固定定滑輪及其支架8和頂蓋2，通常，安裝裝置12為一平板。在旋轉(zhuǎn)軸承7的帶動(dòng)下，定滑輪8及其支架和頂蓋2可相對(duì)于測(cè)量桶1旋轉(zhuǎn)。指北針3 通過設(shè)置在頂蓋2頂部的指北針限位裝置11固定在頂蓋的頂部。頂蓋2側(cè)壁上設(shè)置有出絲孔16，并在出絲孔16處設(shè)置有下挫角度測(cè)量尺4，用于測(cè)量測(cè)量桶1在下挫過程中的角度變化。下挫角度測(cè)量尺4的測(cè)量范圍為-90° — +90°其測(cè)量基點(diǎn)與出絲孔16重合。
安裝機(jī)構(gòu)包括承接法蘭15和測(cè)量桶調(diào)平裝置，測(cè)量桶調(diào)平裝置設(shè)置在安裝法蘭上，測(cè)量桶調(diào)平裝置包括安裝平板19和調(diào)平旋鈕10，調(diào)平旋鈕10設(shè)置在安裝平板19下方， 安裝平板19上還設(shè)置有水準(zhǔn)珠9。測(cè)量桶1設(shè)置在安裝平板19上。銦鋼絲繩6的一端與重錘13相連，另一端通過定滑輪從頂蓋2側(cè)壁的出絲孔16 中伸出，并固定在固定的物體或基巖體上，例如圖1中所示的固定點(diǎn)7。在整個(gè)測(cè)量過程中，銦鋼絲繩6的長度不變。在滑坡體下滑的過程中，固定點(diǎn)17和頂蓋2的出絲孔16距離將發(fā)生改變，這個(gè)改變值可通過銦鋼絲繩6通過定滑輪8帶動(dòng)重錘13上下運(yùn)動(dòng)，與重錘13連接的游標(biāo)尺指針 18在游標(biāo)尺5上的讀數(shù)變化計(jì)算得出。即在測(cè)量點(diǎn)處游標(biāo)尺指針18在游標(biāo)尺5上的讀數(shù)， 減去在滑坡體下滑前，也就是初始點(diǎn)處游標(biāo)尺指針18在游標(biāo)尺5上的讀數(shù)，其結(jié)果既是滑坡體表面下滑的距離。優(yōu)選的，游標(biāo)尺5的位移精度可以達(dá)到0. 02mm。隨著滑坡的進(jìn)行，滑坡體上的測(cè)量桶1會(huì)隨著坡體產(chǎn)生下挫，測(cè)量點(diǎn)的銦鋼絲繩6 與水平面之間將產(chǎn)生一個(gè)角度增量的變化，這個(gè)角度變化即為測(cè)量點(diǎn)上銦鋼絲繩6在角度測(cè)量尺4上指示的角度，與初始點(diǎn)銦鋼絲繩6在角度測(cè)量尺4上指示的角度之差.優(yōu)選的， 測(cè)量尺的測(cè)量精度為0. 1度，如果初始點(diǎn)所指示的角度為0度，則在測(cè)量點(diǎn)上銦鋼絲繩6在角度測(cè)量尺4上指示的角度即為其在下滑過程中所產(chǎn)生的角度增量。在滑坡進(jìn)行的過程中，不僅坡體會(huì)產(chǎn)生上下的挫動(dòng)，在水平方向上也會(huì)有左右的角度變化，該角度可通過設(shè)置在頂蓋2上的指北針3進(jìn)行測(cè)量。隨著坡體下滑而在水平左右產(chǎn)生角度，銦鋼絲繩6帶動(dòng)頂蓋2轉(zhuǎn)動(dòng)，而指北針3位置始終指向北，因此，指北針3的指針?biāo)D(zhuǎn)的角度，即為下滑坡體在水平方向上轉(zhuǎn)移的角度，優(yōu)選的，指北針的測(cè)量精度為 0. 1 度。在滑坡的進(jìn)行過程中測(cè)量桶1會(huì)產(chǎn)生不定向的傾斜，影響測(cè)量精度，測(cè)量桶1底部的調(diào)平裝置解決了這一問題，每次人工讀數(shù)前都要將測(cè)量桶1調(diào)整成為水平狀態(tài)，以達(dá)到讀數(shù)的精確性。測(cè)量桶1以及頂蓋2均采用工程塑料ABS制成，ABS材料的強(qiáng)度高，且質(zhì)量輕運(yùn)輸方便，總造價(jià)成本低廉，符合野外監(jiān)測(cè)的要求。另外，由于工程塑料ABS不是金屬因此不會(huì)對(duì)指北針3造成任何影響。定滑輪以及滑輪支架8采用尼龍材料，可實(shí)現(xiàn)耐磨和質(zhì)量輕、價(jià)格低、對(duì)指北針無影響的目的。裂縫表面張裂位移、裂縫下挫高程位移、裂縫主體滑動(dòng)方向的測(cè)量及計(jì)算方法 初始安裝狀態(tài)
初始兩點(diǎn)間鋼絲長度=L初始下挫角度測(cè)量尺角度=α 初始指北針示數(shù)=β 游標(biāo)尺數(shù)據(jù)變化=AL下挫角度測(cè)量尺角度變化=Δ α 指北針變化后示數(shù)=β 1 初始裂縫表面張裂位移Ll= Lcosa 初始裂縫下挫高程位移L2= Lsina 初始裂縫主體滑動(dòng)方向=β 當(dāng)數(shù)據(jù)變化時(shí)候
裂縫表面張裂位移=L1- (L+L) cos a = ALl 裂縫下挫高程位移=L2- (L+L) sin α = Δ L2 裂縫主體滑動(dòng)方向(偏移角度)=β - β 1= Δ β具體測(cè)量步驟如圖1中所示，
(1)在待測(cè)坡面20上設(shè)置固定用和測(cè)量用的水泥墩臺(tái)(圖中未顯示)；固定用水泥墩臺(tái) 22通常為垂直與水平面設(shè)置，而測(cè)量用的水泥墩臺(tái)通常為水平設(shè)置，注意，要將固定用水泥墩臺(tái)和測(cè)量用水泥墩臺(tái)分別設(shè)置在坡面20的裂縫21的兩側(cè)；
(2)通過承接法蘭15將安裝機(jī)構(gòu)固定于被測(cè)點(diǎn)的水泥墩臺(tái)上；
(3)將裝有重錘13的測(cè)量桶1安裝在安裝機(jī)構(gòu)上，并將重錘滑動(dòng)卡釘14卸下；
(4)將銦鋼絲繩6繞過定滑輪8由頂蓋2的出絲孔16中引出，并固定于固定用水泥墩臺(tái)22上，優(yōu)選的，固定后，在固定點(diǎn)17與出絲點(diǎn)16之間銦鋼絲繩6為水平。并且其另一端連接的重錘13至于起始位置；即該初始位置為游標(biāo)尺5的0刻度位置。(5)將測(cè)量桶的頂蓋2通過螺釘?shù)确绞焦潭ò惭b在轉(zhuǎn)動(dòng)軸承7上的安裝裝置17 上；
(6)將指北針3通過指北針限位卡11安裝在測(cè)量桶頂蓋上；
(7)將下挫角度測(cè)量尺4固定在頂蓋2的側(cè)壁上；
(8)通過調(diào)平旋鈕10和水準(zhǔn)珠9將測(cè)量機(jī)構(gòu)調(diào)平；
(9)記錄初始數(shù)據(jù)游標(biāo)尺指針18所指的游標(biāo)尺5刻度，銦鋼絲繩6在下挫角度測(cè)量尺4上所指示的角度和指北針3指針?biāo)缚潭龋?br> (10)在滑坡過程中定期巡查，并記錄步驟(9)中的三個(gè)相關(guān)數(shù)據(jù)；注意每次讀數(shù)前將裝置調(diào)平。(11)通過計(jì)算得出滑坡體表面位移、下挫高程和滑動(dòng)方向三個(gè)數(shù)值。使用本發(fā)明中的測(cè)量裝置，并通過上述測(cè)量方法，能夠很方便快捷的測(cè)量在山體滑坡中裂縫表面張裂位移、裂縫下挫高程位移、裂縫主體滑動(dòng)方向的測(cè)量。
權(quán)利要求
1.一種地表裂縫的三維測(cè)量裝置，其特征為，該測(cè)量裝置主要包括測(cè)量機(jī)構(gòu)和安裝機(jī)構(gòu)兩部分，所述測(cè)量機(jī)構(gòu)設(shè)置在安裝機(jī)構(gòu)上；其中測(cè)量機(jī)構(gòu)主要包括測(cè)量桶、頂蓋、重錘， 轉(zhuǎn)動(dòng)軸承、定滑輪及其支架、測(cè)量游標(biāo)尺、指北針、下挫角度測(cè)量尺和銦鋼絲繩；測(cè)量桶筒壁外表面上沿其軸向設(shè)置有游標(biāo)尺，測(cè)量桶內(nèi)設(shè)置有重錘，筒壁上沿軸向設(shè)置有通孔；重錘上設(shè)置有游標(biāo)尺指針，游標(biāo)尺指針由測(cè)量桶壁上的通孔伸出，用于在測(cè)量過程中指示重錘所處的位置；測(cè)量桶頂部設(shè)置有旋轉(zhuǎn)軸承，定滑輪及其支架和頂蓋可在旋轉(zhuǎn)軸承的作用下相對(duì)于測(cè)量桶旋轉(zhuǎn)，指北針固定設(shè)置在頂蓋頂部；頂蓋側(cè)壁上設(shè)置有出絲孔，并在出絲孔處設(shè)置有下挫角度測(cè)量尺；銦鋼絲繩一端固定設(shè)置在重錘上，另一端通過定滑輪的支撐由出絲孔穿出，固定在固定物體上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述測(cè)量裝置，其特征為，所述安裝機(jī)構(gòu)包括承接法蘭和測(cè)量桶調(diào)平裝置，測(cè)量桶調(diào)平裝置設(shè)置在安裝法蘭上，測(cè)量桶調(diào)平裝置包括安裝平板和調(diào)平旋鈕， 調(diào)平旋鈕設(shè)置在安裝平板下方，安裝平板上還設(shè)置有水準(zhǔn)珠，所述測(cè)量桶設(shè)置在安裝平板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述測(cè)量裝置，其特征為，所述測(cè)量裝置還包括兩個(gè)重錘卡釘，所述測(cè)量桶的側(cè)壁上靠近底部的位置還設(shè)置兩個(gè)對(duì)稱卡釘孔，兩個(gè)所述重錘卡釘分別由兩個(gè)卡釘孔中穿入，對(duì)重錘進(jìn)行定位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述測(cè)量裝置，其特征為，所述下挫角度測(cè)量尺的測(cè)量范圍為-90 -+90，其測(cè)量基點(diǎn)與所述出絲孔重合。
5.一種使用權(quán)利要求1中所述測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征為，具體步驟如下 A在待測(cè)坡面上裂縫的兩側(cè)分別設(shè)置固定用和測(cè)量用的水泥墩臺(tái)；B將測(cè)量裝置固定安裝在測(cè)量用水泥墩臺(tái)上，并將銦鋼絲繩的一端固定在所述固定用水泥墩臺(tái)上；C將測(cè)量裝置調(diào)節(jié)為水平；D記錄初始數(shù)據(jù)游標(biāo)尺指針?biāo)傅挠螛?biāo)尺刻度，銦鋼絲繩在下挫角度測(cè)量尺上所指示的角度和指北針指針?biāo)缚潭?；E在滑坡過程中定期巡查，并記錄步驟D中的三個(gè)相關(guān)數(shù)據(jù)；每次讀數(shù)前將裝置調(diào)平； F通過計(jì)算得出滑坡體表面位移、下挫高程和滑動(dòng)方向三個(gè)數(shù)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5中所述測(cè)量方法，其特征為，所述步驟A中的固定用水泥墩臺(tái)為垂直于水平面設(shè)置，所述測(cè)量用的水泥墩臺(tái)為水平設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求5中所述測(cè)量方法，其特征為，所述步驟B具體包括下列步驟 Bi、通過承接法蘭將安裝機(jī)構(gòu)固定于被測(cè)點(diǎn)的水泥墩臺(tái)上；B2、將裝有重錘的測(cè)量桶安裝在安裝機(jī)構(gòu)上，并將重錘滑動(dòng)卡釘卸下；B3、將銦鋼絲繩繞過定滑輪由頂蓋的出絲孔中引出，并固定于固定用水泥墩臺(tái)上；B4、將測(cè)量桶的頂蓋通過螺釘?shù)确绞焦潭ò惭b在轉(zhuǎn)動(dòng)軸承上的安裝裝置上；B5、將指北針固定在頂蓋頂端；B6、將下挫角度測(cè)量尺固定在頂蓋的側(cè)壁上。
8.根據(jù)權(quán)利要求5中所述測(cè)量方法，其特征為，所述步驟C中測(cè)量裝置通過調(diào)平旋鈕和水準(zhǔn)珠將測(cè)量機(jī)構(gòu)調(diào)平。
9.根據(jù)權(quán)利要求7中所述測(cè)量方法，其特征為，所述步驟B3中將所述因鋼絲繩固定在固定用水泥墩臺(tái)后，其在所述水泥墩臺(tái)上的固定點(diǎn)與出絲點(diǎn)之間銦鋼絲繩為水平。
全文摘要
一種地表裂縫的三維測(cè)量裝置主要包括測(cè)量機(jī)構(gòu)和安裝機(jī)構(gòu)，所述測(cè)量機(jī)構(gòu)設(shè)置在安裝機(jī)構(gòu)上；測(cè)量機(jī)構(gòu)主要包括測(cè)量桶、頂蓋、重錘，轉(zhuǎn)動(dòng)軸承、定滑輪及其支架、測(cè)量游標(biāo)尺、指北針、下挫角度測(cè)量尺和銦鋼絲繩；測(cè)量桶筒壁設(shè)置有游標(biāo)尺，測(cè)量桶內(nèi)設(shè)置有重錘，游標(biāo)尺指針設(shè)置在重錘上并由測(cè)量桶壁上的通孔伸出，測(cè)量桶頂部設(shè)置有旋轉(zhuǎn)軸承，定滑輪及其支架和頂蓋可在旋轉(zhuǎn)軸承的作用下相對(duì)于測(cè)量桶旋轉(zhuǎn)，指北針固定設(shè)置在頂蓋頂部；頂蓋側(cè)壁上設(shè)置有出絲孔，出絲孔處設(shè)置有下挫角度測(cè)量尺；銦鋼絲繩一端固定設(shè)置在重錘上，另一端通過定滑輪的支撐由出絲孔穿出，固定在固定物體上。本發(fā)明還包括使用上述測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量的方法。
文檔編號(hào)G01C5/00GK102168939SQ20111000895
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月17日
發(fā)明者喬寶娟, 侯岳峰, 劉曉宇, 李世海 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所