本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀測量方法和重心式結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀測量儀器，特別是一種應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀測量方法和重心式結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀測量儀器。

背景技術(shù)：

在土木工程領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)面是指巖體內(nèi)開裂的和易開裂的面如層面、節(jié)理、斷層、片理等又稱不連續(xù)面。結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀是指結(jié)構(gòu)面在空間的延展方位。包含三個要素，即走向、傾向和傾角。其中方位角：方位角又稱地平經(jīng)度(Azimuth(angle)縮寫Az)，是在平面上量度物體之間的角度差的方法之一。是從某點的指北方向線起，依順時針方向到目標(biāo)方向線之間的水平夾角。

結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的表示方法有兩種：

1：只記傾向和傾角。如：160°∠40°

2：走向、傾向和傾角。如：N70°E/SE∠40°(兩個例子為同一結(jié)構(gòu)面使用產(chǎn)狀的不同表示方法)

結(jié)構(gòu)面走向是結(jié)構(gòu)面與水平面相交線的方位，測量時將羅盤長邊的底棱角緊靠結(jié)構(gòu)面，當(dāng)圓形水準(zhǔn)器氣泡居中時讀指北或指南針?biāo)付葦?shù)即所求(因走向線是一直線，其方向可兩邊延伸，故讀南、北針均可)。

結(jié)構(gòu)面傾向的測量是指結(jié)構(gòu)面向下最大傾斜方向線(真傾向線)在水平面上投影的方位。測量時將羅盤北段指向結(jié)構(gòu)面向下傾斜的方向，以南端短棱靠著結(jié)構(gòu)面，當(dāng)圓形水準(zhǔn)器氣泡居中時，讀指北針?biāo)付葦?shù)即所求。

結(jié)構(gòu)面傾角是指結(jié)構(gòu)面與假想水平面間的最大夾角，稱真傾角。真傾角可沿結(jié)構(gòu)面真傾斜線測量求得，若沿其他傾斜測得的傾角均較真傾角小，稱為視傾角。測量時將羅盤側(cè)立，使羅盤邊長緊靠結(jié)構(gòu)面，并用手指撥動底盤外之活動扳手，同時沿結(jié)構(gòu)面移動羅盤，當(dāng)管狀水準(zhǔn)器氣泡居中時，測斜指針?biāo)缸畲蠖葦?shù)即結(jié)構(gòu)面的真傾角。若測斜器是懸錘式的羅盤，方法與上基本相同，不同之處是手指按住底盤外的按鈕，懸錘則自由擺動，當(dāng)達最大值時松開手指，懸錘固定所指的讀數(shù)即結(jié)構(gòu)面的真傾角。

使用現(xiàn)有的機械羅盤方法對結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀進行測量都必須使圓形水準(zhǔn)器氣泡或管狀水準(zhǔn)器氣泡居中，方能進行準(zhǔn)確測量。當(dāng)羅盤水平時其與與結(jié)構(gòu)面相交，該交線方向即為結(jié)構(gòu)面走向，傾向則為以該交線為法相方向的面在結(jié)構(gòu)面傾斜方向上的水平投影方位角。傾角測量通過帶管狀水準(zhǔn)器的測角器或懸錘式測斜器測量。使用機械羅盤測量中在保證羅盤棱邊緊靠結(jié)構(gòu)面的同時確保水準(zhǔn)器氣泡居中，方能準(zhǔn)確測出結(jié)構(gòu)面走向、傾向，同時還需通過調(diào)整管狀水準(zhǔn)器或懸錘測量其傾角。該方法受測量環(huán)境及人為因素影響較大，測量速度較慢。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種使用方便，不用調(diào)整儀器水平，可以快速準(zhǔn)確的測出結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀測量方法，包括以下幾個步驟：

A、將重心式結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀測量儀器平放在結(jié)構(gòu)面上；

B、待中央隔板位置穩(wěn)定后，南針在中央隔板上對應(yīng)的角度值即為真傾向方位角；

C、取中間平面，與球形外殼相交處的所對應(yīng)的傾角刻度線值為結(jié)構(gòu)面真傾角。

本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題是提供一種使用方便，不用調(diào)整儀器水平，可以快速準(zhǔn)確的測出結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的重心式結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀測量儀器。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的重心式結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀測量儀器，包括框架、中央隔板、球形指南針，所述框架包括內(nèi)壁和外壁，所述球形指南針設(shè)置在框架的內(nèi)壁之中，所述球形指南針包括球形外殼和設(shè)置在球形外殼中的磁針，所述框架的內(nèi)壁與球形外殼接觸，并且球形外殼中的球心在內(nèi)壁的回轉(zhuǎn)中心上，所述磁針包括南針和北針；還包括懸垂，所述懸垂與球形外殼剛性連接，所述懸垂的延長線過球形外殼的球心，所述懸垂與磁針相互垂直，所述球形外殼表面設(shè)置有傾角刻度線，所述中央隔板為圓環(huán)形，所述中央隔板的中間平面通過球形外殼的球心，所述中央隔板設(shè)置在內(nèi)壁和外壁之間，并與框架可轉(zhuǎn)動連接，且其轉(zhuǎn)軸與磁針的轉(zhuǎn)軸重合，所述中央隔板的重心與其幾何中心不重合，所述中央隔板上設(shè)置有角度刻度，所述中央隔板上還設(shè)置有傾向指示針，傾向指示針與中央隔板重心到中央隔幾何中心的連線的夾角為180度，中央隔板上的角度刻度以傾向指示針的角位置為0刻度位置，刻度值沿逆時針方向遞增。

進一步的是，在框架的內(nèi)壁或者外壁上設(shè)置有推力軸承，所述中央隔板通過推力軸承與框架可轉(zhuǎn)動連接。

進一步的是，在框架的上方還設(shè)置有放大鏡。

本發(fā)明的有益效果是：本申請采用的儀器和方法不需要再保證羅盤棱邊緊靠結(jié)構(gòu)面的同時確保水準(zhǔn)器氣泡居中，也不需要同時調(diào)整管狀水準(zhǔn)器或懸錘來測傾角。本申請的技術(shù)方案受測量環(huán)境及人為因素影響小，因此測量更加準(zhǔn)確且，測量速度更快。

附圖說明

圖1是本申請的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本申請球形指南針的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本申請測量真傾角的原理圖；

圖4是實施例1測量真傾向的示意圖；

圖5是實施例1測量真傾角的示意圖；

圖6是實施例2測量真傾向的示意圖；

圖7是實施例2測量真傾角的示意圖；

圖中零部件、部位及編號：中央隔板1，球形指南針2、框架3、中間平面4、傾向指示針5、放大鏡6、南針7、北針8、傾角刻度線9、真傾向線10、懸垂11、推力軸承12。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

本申請所采用的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀測量方法，包括以下幾個步驟：

A、將重心式結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀測量儀器平放在結(jié)構(gòu)面上；

B、待中央隔板1位置穩(wěn)定后，南針7在中央隔板1上對應(yīng)的角度值即為真傾向方位角；

C、取中間平面4與球形外殼相交處的所對應(yīng)的傾角刻度線9值為結(jié)構(gòu)面真傾角。

實施例1

將重心式結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀測量儀器平放在結(jié)構(gòu)面上，儀器穩(wěn)定后南針7位置和中央隔板1的位置

如圖4所示，圖中南針7所指相對角度刻度為80度，即真傾向方位角為80度。

儀器穩(wěn)定后球形外殼與中間平面4的相對位置關(guān)系如圖5所示，此時中間平面4對應(yīng)20度傾角的刻度線，因此結(jié)構(gòu)面真傾角為20度。

實施例2

將重心式結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀測量儀器平放在結(jié)構(gòu)面上，儀器穩(wěn)定后南針7位置和中央隔板1的位置

如圖6所示，圖中南針7所指相對角度刻度為210度，即真傾向方位角為210度。

儀器穩(wěn)定后球形外殼與中間平面4的相對位置關(guān)系如圖7所示，此時中間平面4對應(yīng)40度傾角的刻度線，因此結(jié)構(gòu)面真傾角為40度。

如圖1及圖2所示，本申請的重心式結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀測量儀器，包括框架3、中央隔板1、球形指南針2，所述框架3包括內(nèi)壁和外壁，所述球形指南針2設(shè)置在框架3的內(nèi)壁之中，所述球形指南針2包括球形外殼和設(shè)置在球形外殼中的磁針，所述內(nèi)壁與球形外殼接觸，并且球形外殼中的球心在內(nèi)壁的回轉(zhuǎn)中心上，所述磁針包括南針7和北針8，還包括懸垂11，所述懸垂11與球形外殼剛性連接，所述懸垂11的延長線過球形外殼的球心，所述懸垂11與磁針相互垂直，所述球形外殼表面設(shè)置有傾角刻度線9，所述中央隔板1為圓環(huán)形，所述中央隔板1的中間平面4通過球形外殼的球心。中間平面4位于中央隔板1厚度方向的中間位置。所述中央隔板1設(shè)置在內(nèi)壁和外壁之間，并與框架3可轉(zhuǎn)動連接，且其轉(zhuǎn)軸與磁針的轉(zhuǎn)軸重合，所述中央隔板1的重心與其幾何中心不重合，所述中央隔板1上設(shè)置有角度刻度，所述中央隔板1上還設(shè)置有傾向指示針5，傾向指示針5與中央隔板1重心到中央隔幾何中心的連線的夾角為180度，中央隔板1上的角度刻度以傾向指示針5的角位置為0刻度位置，刻度值沿逆時針方向遞增。其中懸垂11選擇密度較大的材料制成，目的是使懸垂11始終朝向豎直向下的方向。磁針由帶有磁性的材料制成，其中南針7指向地磁南極，北針8指向地磁北極。

真傾向方位角測量

如圖4所示，帶中央隔板1穩(wěn)定后，南針7所指角度即為真傾向方位角.

原理：由于中央隔板1的幾何中心與重心不重合，中央隔板1在重力作用，重心位于最低點，中央隔板1直徑為定值，重心距離假想水平面最小，則重心到圓心的連線在豎直方向上的投影最大，即重心到圓心的連線與水平面的夾角最大，該方向即為結(jié)構(gòu)面的傾向。方位角為從北針8方向線起，依順時針方向到該方向線之間的水平夾角。由于南針7與北針8夾角為180度，傾向指示針5與中央隔板1重心到中央隔幾何中心的連線的夾角為180度。中央隔板1上的角度刻度以傾向指示針5角位置為0刻度位置，刻度值沿逆時針方向遞增。根據(jù)幾何關(guān)系，南針7所指角度即為真傾向方位角。具體實施時可以通過設(shè)置配重的方法使中央隔板1的重心位于中央隔板1的邊緣位置。

傾角測量

如圖3所示，傾角的讀取：讀取中央隔板1所指的球形指南針2上最大度數(shù)，或根據(jù)真傾向線10原理，結(jié)構(gòu)面向下最大傾斜方向線為真傾向線10，即中央隔板1重心與傾向指示針5的連線為真傾向線10。

原理：球形指南針2水平面是以過球心的懸錘線為法線的平面，球形指南針2上的傾角刻度線9是以球心為圓錐頂點，(2×90°－傾角刻度值)為圓錐錐角，圓錐底面平行球形指南針2水平面的圓錐與球面的交線。懸錘起始點為球心，通過懸錘和中央平衡板在重力的作用下，懸錘始終保持垂直，中央平衡板保持水平。測量時儀器中央隔板1與結(jié)構(gòu)面平行，球形指南針2中央平衡板保持水平，即球形指南針2零度線始終水平，根據(jù)幾何關(guān)系，讀取球形指南針22上的傾角刻度即可得到結(jié)構(gòu)面真傾角。

在框架3的內(nèi)壁或者外壁上設(shè)置有推力軸承12，所述中央隔板1通過推力軸承12與框架3可轉(zhuǎn)動連接。為了讓中央隔板1可以繞其回轉(zhuǎn)中心自由轉(zhuǎn)動，可以利用推力軸承12將中央隔板1和框架3連接在一起。

在框架3的上方還設(shè)置有放大鏡6。為了便于操作人員更容易看清刻度盤的刻度，從而快速方便地讀取方位角，在框架3的上方設(shè)置了有放大鏡6。