量測結構面豎向分形特徵的便攜裝置及方法
2023-08-05 22:49:56
量測結構面豎向分形特徵的便攜裝置及方法
【專利摘要】本發明涉及一種量測結構面豎向分形特徵的便攜裝置及方法，該裝置包括兩把設有刻度的直尺和量角器，兩把直尺的一端重疊後與量角器鉸接在一起，所述量角器的原點與鉸接點重合，所述直尺上設有與量角器的水平線重合的測量直線，所述直尺的尺頂端面上沿直尺長度方向等間距開設有一排通孔，所述通孔中插裝有觸針。其結構簡單、使用可靠，操作靈活快速、測量數據直觀可靠，極大的減小了人為誤差，顯著提高了野外工作效率。
【專利說明】量測結構面豎向分形特徵的便攜裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及測繪測量技術，特別是一種量測結構面堅向分形特徵的便攜裝置及方 法。
【背景技術】
[0002] 在露天礦邊坡穩定性評價工作中，針對礦山開挖深、邊坡高度大、地質結構複雜等 特點，需要掌握影響邊坡穩定性的優勢結構面產狀、分形特徵及其工程地質性質，特別是發 育長度大、貫通性較強的斷層、節理等III級以上結構面往往控制著幾個臺階邊坡甚至採場 終了邊坡的穩定性。結構面的表面形態與其力學性質密切相關，對結構面表面形態進行精 細測定，是研究結構面變形和強度等力學機理的基礎，並進而建立其相應模型的先決條 件，因結構面堅向起伏度和粗糙度是影響破裂面抗滑能力的重要因素，而沿堅向結構面分 形特徵的野外量測，其精準度直接決定起伏度與粗糙度JRC值，這對於確定結構面及巖體 力學抗剪強度有很大影響。現有傳統的測量方法是採用地質羅盤、直尺等進行測量，屬於粗 略量測，而雷射掃描的測量方式精確性受測量系統的轉換限制，只能用於總體模糊評價。故 針對結構面堅向分形特徵值的量測裝置及方法亟待改進。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是為了提供一種結構簡單、使用可靠的量測結構面堅向分形特徵 的便攜裝置及方法，顯著提高對優勢結構面堅向分形特徵值的測量精準性，通過對出露的 斷層節理等結構面使用此裝置和簡單的計算，得到結構面臨空方向的起伏度與粗糙度JRC 值，根據室內巖石試驗成果和Barton公式確定巖體力學強度參數，為科學分析邊坡穩定性 提供可靠參數。
[0004] 本發明的技術方案是： 一種量測結構面堅向分形特徵的便攜裝置，其特徵在於：包括兩把設有刻度的直尺和 量角器，兩把直尺的一端重疊後與量角器鉸接在一起，所述量角器的原點與鉸接點重合，所 述直尺上設有與量角器的水平線重合的測量直線，所述直尺的尺頂端面上沿直尺長度方向 等間距開設有一排通孔，所述通孔中插裝有觸針。
[0005] 上述的量測結構面堅向分形特徵的便攜裝置，所述觸針與通孔之間為過盈配合且 觸針外周沾有潤滑油，以用力按壓觸針頂部時觸針可在通孔內縱向移動。
[0006] 上述的量測結構面堅向分形特徵的便攜裝置，所述觸針頂部設有針帽，所述通孔 為沉頭孔。
[0007] 上述的量測結構面堅向分形特徵的便攜裝置，所述直尺與量角器的鉸接點處穿設 螺絲，在螺絲杆上套裝彈簧並利用螺母鎖緊。
[0008] -種量測結構面堅向分形特徵的方法，其特徵在於： 1)、結構面起伏度的測量方法 首先將兩直尺上的觸針向下按至最大量，或觸針下端全部縮入直尺的通孔內，而後展 開兩直尺使觸針下端或兩直尺的尺底端面沿堅向貼近、接觸待測結構面，調整量角器使其 中一側直尺的水平方向上的測量直線與量角器的水平線重合，另一側直尺的水平方向上的 測量直線落入量角器的量程內，根據量角器的刻度顯示兩直尺間的夾角，即得到被測量段 的起伏度大小，然後重複上述動作，分段連續測量結構面要求跡長長度內各基準段的起伏 度大小，並做記錄以備定性描述； 2 )、結構面粗糙度的測量方法 首先將兩直尺的鉸接點處的螺母鎖緊固定，而後選擇基準段粗糙面的凹處兩個基準 點，向下按動對應兩個基準點的觸針使觸針下端與兩個基準點相接觸，並保持直尺的尺頂 端面與水平面平行，然後按下其餘觸針，記錄所有觸針露出直尺的尺頂端面的長度或所有 觸針伸出直尺的尺底端面的長度，以備根據基準段長度計算該基準段的粗糙度JRC值， 最後重複上述動作，分段連續測量要求跡長長度內的各基準段的粗糙度JRC值，並運用 Barton公式確定結構面抗剪強度修正值。
[0009] 本發明的有益效果是： 1、 採用量角器和直尺的組合形式，完成對結構面起伏度的測量，操作簡單靈活快速、測 量數據直觀可靠，極大的減小了人為誤差，使起伏度的定性描述更為準確； 2、 採用直尺與觸針的組合形式，完成對結構面粗糙度的測量，觸針與被測量基準段 接觸後，由觸針露出直尺頂面的部分的長度變化得出被測量基準段的幅度差，再根據基準 段的長度求出被測量基準段粗糙度的JRC值，以便利用Barton公式確定結構面抗剪強度 r修正值。測量裝置結構簡單、同時滿足測量精度要求，操作方便快速，減少了人為判定的 模糊性，量測過程不受人為因素影響，分段多量程粗糙度的量測結果可真實反映粗糙度系 數的尺寸效應； 3、 攜帶方便，在露天礦邊坡工程地質測繪中，針對斷層、大節理結構面可以隨時量測記 錄，大大提高了野外工作效率，作為一種新的組合型的分形測量裝置，對分析確定巖體結構 面力學強度參數具有較強的實用價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010] 圖1是本發明的組裝示意圖； 圖2是圖1中直尺的俯視圖； 圖3是本發明用於測量結構面起伏度的操作示意圖； 圖4是本發明用於測量結構面粗糙度的操作示意圖； 圖5是本發明測量得到的擬合結構面示意圖。
【具體實施方式】
[0011] 如圖1所示，該量測結構面堅向分形特徵的便攜裝置，包括兩把設有刻度101的直 尺1和量角器2,兩把直尺1的一端重疊後與量角器2鉸接在一起，所述量角器2的原點201 與鉸接點103重合，所述直尺1上設有與量角器2的水平線202重合的測量直線102,所述 直尺1的尺頂端面上沿直尺1長度方向等間距開設有一排通孔104,所述通孔104中插裝有 觸針3。所述觸針3與通孔104之間為過盈配合且觸針3外周沾有潤滑油，以用力按壓觸 針3頂部時觸針3可在通孔104內縱向移動。所述觸針3頂部設有針帽，所述通孔104為 沉頭孔，當觸針3按至最下方時，針帽落於沉頭孔中，不致於與直尺1分離。所述直尺1與 量角器2的鉸接點103處穿設螺絲4,在螺絲杆上套裝彈簧並利用螺母鎖緊。
[0012] 本實施例中，直尺1採用有機玻璃(或採用硬質塑料等）製成，厚度不小於5mm、長 度100或50cm、寬度25mm，在直尺1的尺頂端面上鑽設通孔，通孔的軸心距為20-25 mm(可 依據精度要求設置)。
[0013] 利用上述裝置量測結構面堅向分形特徵的方法如下： 1、結構面起伏度的測量方法 如圖3所示，首先將兩直尺1上的觸針3向下按至最大量，或觸針3下端全部縮入直尺 1的通孔104內，而後展開兩直尺1使兩直尺1的尺底端面沿堅向貼近、接觸待測結構面5， 調整量角器2使其中一側直尺1的水平方向上的測量直線102與量角器2的水平線202重 合，另一側直尺1的水平方向上的測量直線102落入量角器2的量程內，根據量角器2的刻 度顯示兩直尺1間的夾角0，即得到該段的起伏度大小（〈180° )，然後重複上述動作，分段 連續測量結構面要求跡長長度內的起伏度大小，並做記錄以備定性描述。
[0014] 2、結構面粗糙度的測量方法 如圖4所示，首先將兩直尺1的鉸接點103處的螺母鎖緊固定，而後選擇待測結構面6 基準段粗糙面的凹處兩個基準點(如基準點I 7和基準點II 8,向下按動對應兩個基準點的 觸針3使觸針3下端與兩個基準點相接觸，並保持直尺1的尺頂端面與水平面平行，然後按 下其餘觸針3,記錄所有觸針3露出直尺1的尺頂端面的長度或所有觸針3伸出直尺1的尺 底端面的長度，以備根據基準段長度計算該基準段的粗糙度JRC值，最後重複上述動作，分 段連續測量要求跡長長度內的各基準段的粗糙度JRC值，並運用Barton公式確定結構面抗 剪強度修正值。
[0015] 記錄觸針3露出直尺1的尺頂端面的長度或伸出尺底端面的長度時，將直尺1放 平在紙面上，逐個量取即可，最終形成的擬合結構面9如圖5所示，通過與圖4實際結構面 相比較，顯示測量效果極好。
[0016] 粗糙度係數JRC值的計算公式為：
【權利要求】
1. 一種量測結構面堅向分形特徵的便攜裝置，其特徵在於：包括兩把設有刻度的直尺 和量角器，兩把直尺的一端重疊後與量角器鉸接在一起，所述量角器的原點與鉸接點重合， 所述直尺上設有與量角器的水平線重合的測量直線，所述直尺的尺頂端面上沿直尺長度方 向等間距開設有一排通孔，所述通孔中插裝有觸針。
2. 根據權利要求1所述的量測結構面堅向分形特徵的便攜裝置，其特徵在於：所述觸 針與通孔之間為過盈配合且觸針外周沾有潤滑油。
3. 根據權利要求1所述的量測結構面堅向分形特徵的便攜裝置，其特徵在於：所述觸 針頂部設有針帽，所述通孔為沉頭孔。
4. 根據權利要求1所述的量測結構面堅向分形特徵的便攜裝置，其特徵在於：所述直 尺與量角器的鉸接點處穿設螺絲，在螺絲杆上套裝彈簧並利用螺母鎖緊。
5. -種量測結構面堅向分形特徵的方法，其特徵在於： 1)、結構面起伏度的測量方法 首先將兩直尺上的觸針向下按至最大量，或觸針下端全部縮入直尺的通孔內，而後展 開兩直尺使觸針下端或兩直尺的尺底端面沿堅向貼近、接觸待測結構面，調整量角器使其 中一側直尺的水平方向上的測量直線與量角器的水平線重合，另一側直尺的水平方向上的 測量直線落入量角器的量程內，根據量角器的刻度顯示兩直尺間的夾角，即得到被測量段 的起伏度大小，然後重複上述動作，分段連續測量結構面要求跡長長度內各基準段的起伏 度大小，並做記錄以備定性描述； 2 )、結構面粗糙度的測量方法 首先將兩直尺的鉸接點處的螺母鎖緊固定，而後選擇基準段粗糙面的凹處兩個基準 點，向下按動對應兩個基準點的觸針使觸針下端與兩個基準點相接觸，並保持直尺的尺頂 端面與水平面平行，然後按下其餘觸針，記錄所有觸針露出直尺的尺頂端面的長度或所有 觸針伸出直尺的尺底端面的長度，以備根據基準段長度計算該基準段的粗糙度JRC值， 最後重複上述動作，分段連續測量要求跡長長度內的各基準段的粗糙度JRC值，並運用 Barton公式確定結構面抗剪強度修正值。
【文檔編號】G01C7/02GK104406570SQ201410739001
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月8日 優先權日:2014年12月8日
【發明者】張寶才, 宮長亮, 代俊傑, 樊偉, 劉述棟, 張建立, 崔廣建 申請人:鞍鋼集團礦業公司