专利名称：一种河床结构的测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种河床结构的测量装置，具体的涉及一种特别适用于山区河流水深小于0.5m的河床结构测量装置。
背景技术：
河床结构是指河床表面固体颗粒在水流作用下按一定规律排列形成的具有较高稳定性和抗冲刷能力的床面形态。水流流经河床结构时能量得到消耗，致灾能力降低。床面越不平整河床结构越强，消耗的水流能量就越大，河床稳定性也就越高。2008年汶川地震引发了大量崩塌、滑坡，震区出现了大量堰塞体和松散堆积物，许多河段的河床结构变化剧烈。河床结构的变化往往是地震灾害链不断延伸的重要影响因素，因此河床结构的定量测量就显得十分重要。目前，对河床结构的研究大多是定性描述或是提出概念模型，定量测定河床结构的方法和工具较为少见。2004年清华大学王兆印教授提出，采用河床床面形态的定量测量数据计算Sp值参数对河床的结构强度进行描述。理想状态下完全平整的河床床面，即没有河床结构，Sp值为O ;河床结构越强Sp值越大。Sp值是定量描述河床结构的参数，对于河床的稳定性评价具有重要意义。由于河床通常是被水流淹没，其表面形态难以测量，为此设计并制造了河床结构测量排，并制订的测量方法，在野外针对山区河流实施了大量测量工作。原有的河床结构测量排是由三个单框测量排用螺栓连接构成的多框测量排。单框测量排是一个带有横掌的矩形框架，分为上框和下框，上框安装刻度线背景布；横掌和底框的外侧安装带有测杆安装孔的测杆固定架，将测杆安装在矩形框的外侧，测杆的两端锤扁防止从安装孔中滑出。在测量过程中，测量排框架摆放到预定的测量位置以后，所有测杆都与河床床面接触，用手逐根提起那些具有支撑作用的测杆然后放下，利用水平尺将测量排架上部表面调整为水平后，拍摄连同背景布在内的测杆顶端位置照片，完成测量工作。上述测量排装置虽然取得了较好的测量效果，可以满足河床结构强度Sp值计算的需要，但也存在以下缺陷有待改进:1、原有的河床结构测量排利用测杆固定架将测杆安装在测量排框架的外侧，妨碍测量排的叠置，在包装、运输过程中容易对测杆固定架造成损坏，且无法进行可折叠连接。2、缺少测杆的整体提升和落放装置，测杆的提升于落放无法整体控制，难以一次性将测杆落放到预定的测量位置，有些测量杆支撑测量排受力变形，未能发挥正常的测量功能。靠手动逐根提升起支撑作用的测杆调整测点的位置，虽然也可以较好消除测量误差，但仍然难以取得最佳的测量效果，测量杆的弯曲变形还会影响到测量工作的精度。3、测量杆的顶端、底端均采用锤扁的方式，虽然可以防止测量杆从安装孔中滑出，但扁平的测量杆底端难以在光滑的卵石边缘停留而滑到石缝中，从而偏离了预定测点的位置导致产生测量误差。4、测量排之间采用螺栓进行连接，虽然拆装较为灵活但会浪费宝贵的野外工作时间，如果螺栓、螺母丢失还会影响到测量工作的进行。[0009]5、水平尺与测量排不是一个整体，如果在搬运过程中丢失，测量工作就无法进行。 实用新型内容[0010]为解决上述问题，本实用新型提供了一种河床结构的测量装置，将测杆安装在测 量排框架之内，实现了测量排的无障碍叠置和多框测量排的可折叠连接；增加了测杆整体 提升梁并在测杆顶端安装顶箍，实现了单框测量排内所有测杆的同步提升与落放，使得测 量工作更加可控，不仅提高了测量精度，而且减少了测杆的弯曲变形；将刻度线背景布改为 刻度线背板，提高了测量排的抗变形强度，更适用于较大水深的河床结构测量；多框测量排 采用可折叠的固定连接、把水平仪镶嵌在测量排的框架之中，使得测量排成为一个整体，无 需附加部件，测量工作更为简便。本实用新型既可用于河床床面的剖面测量，也可用于地面 形态的剖面测量。[0011]一种河床结构的测量装置，为包括测量排框架、刻度线背板、测杆和水平仪的单框 测量排，还包括测杆整体提升梁，所述测量排框架是包括顶梁、底梁、两个边柱和横掌的矩 形框架，所述横掌安装在所述矩形框架内，与所述顶梁、底梁平行，将所述矩形框分为上框 和下框，所述测杆整体提升梁安装在所述上框内与所述横掌平行；所述底梁、横掌和测杆整 体提升梁设置有数量相同且形状、孔径、孔心间距一致的上下贯通的测杆安装孔，所述测杆 安装孔的孔心位置在垂直于所述横掌顶面方向一一对应；所述测杆安装顶箍后的长度一 致，利用所述测杆安装孔贯穿所述底梁、所述横掌和所述测杆整体提升梁，平行安装在所述 测量排框架之中。[0012]还可包括水平仪镶嵌在所述顶梁上表面内。[0013]所述测量排框架是采用横断面外缘宽为1.5 - 3cm，厚为2.5 — 5cm的矩形中 空刚性型材固定连接构成的具有所述横掌的矩形框架，所述矩形框架外边界的宽度为 50-150cm，高度为75 — 155cm，所述下框的高度即所述底梁至所述横掌之间的距离为20 — 40cmo[0014]所述刻度线背板是画有刻度线的金属薄板或塑料薄板，安装在所述上框内；所述 刻度线是平行所述横掌顶边线的等间距分布的平行直线。[0015]所述测杆是横断面为圆形或椭圆形或矩形或多边形或多角形的空心不锈钢管，长 度为75 — 150cm,外直径为0.8 — 1.5cm ;所述测杆的顶端固定安装所述顶箍,所述顶箍的 横断面与所述测杆的横断面形状一致或不一致，所述顶箍的外直径大于所述测杆整体提升 梁上所述测杆安装孔的孔径。[0016]所述测杆长度优选的小于测量排框架的高度。[0017]所述测杆安装孔的形状与所述测杆横断面的形状一致，孔径大于所述测杆外直径0.6 — 2mm。[0018]所述测杆整体提升梁采用具抗弯强度的三角型材或中空型材制作，宽度小于或等 于所述横掌的厚度，长度小于所述横掌的长度并能容纳所有所述测杆安装孔。[0019]所述测杆包括所述顶箍的长度等于或小于所述顶框底边至所述底框底边的距离， 大于所述顶框底边至所述底框顶边的距离。[0020]所述底梁的横断面为中空矩形，所述中空矩形上表面的所述测杆安装孔称为底梁 上孔，下表面的所述测杆安装孔称为底梁下孔，所述底梁上孔与所述底梁下孔的孔心位置垂直对应，所述底梁上孔的形状、孔径与所述横掌上所述测杆安装孔一致并在垂向一一对应，所述底梁下孔的孔径大于所述底梁上孔的孔径。所述底梁的横断面为凹形，所述凹形的凹口向下，所述测杆安装孔设置在所述凹口内底面并垂直贯通所述凹形的顶面，其形状、孔径与所述横掌上所述测杆安装孔一致并在垂向--对应一种河床结构测量装置是由两个或多个所述单框测量排可折叠固定连接构成的多框测量排，在被连接的每两个所述单框测量排的相邻边柱之间安装一个或多个可折叠连接件，将多个所述单框测量排固定连接成一个所述多框测量排，相邻的两个所述边柱的宽度之和小于所述孔距，所述固定连接为可拆卸固定连接和/或不可拆卸固定连接；被连接的每个所述单框测量排的结构、规格一致；连接好的所述多框测量排的所述孔距一致，所述顶梁、底梁、横掌和刻度线分别在各自的一条直线上，所述多框测量排可自如折叠。本实用新型的技术效果本实用新型一种河床结构的测量装置，利用测量排底梁、横掌和测杆整体提升梁上设置的测杆安装孔安装的所有测杆，必然都是垂直所述横掌顶面并沿所述横掌的长边平行线等间距分布的，符合测量工作的要求。安装在测量排架中的测杆可在测杆安装孔中上下自如滑动，滑动作用受到测杆整体提升梁上测杆安装孔对测杆顶箍的限制，从而实现了测杆的整体提升与落放。若优选的设置测杆包括顶箍的长度等于或小于所述顶框底边至所述底框底边的距离，大于所述顶框底边至所述底框顶边的距离，则当所述测杆整体提升梁提升到所述顶梁下方时，所有测杆的底端都被收纳到所述底梁之内，没有伸到测量排框架之外的测杆，所以便于所述测量排框架的移动和摆放；且可以避免如果测杆长度小于顶梁下端至底梁下端的距离则会从底梁中脱出不容易包装运输的问题。测量排摆放到预定的测量位置以后，以测量排框架的底框与河床表面高点的接触点为支点，利用优选的镶嵌在顶梁上表面的水平仪将所述顶梁调整为水平，区别于现有技术水平仪与框架为分体设置，本发明将水平仪与框架镶嵌在一起可更方便的使用和搬运，因为所述测量排框架是矩形，所述顶梁与所述横掌为平行结构，所以当顶梁 顶面调整为水平时，所述横掌顶面就必然处于水平状态，这时所有测杆也就必然是垂直水平面等间距分布在预定测量位置上方，测量准备工作就绪；其中水平仪也可同理镶嵌在横掌和底梁上。将所述测杆整体提升梁向下移动到所述横掌上方，所述测杆依靠自身重力垂直滑落到河床表面，测量工作开始。所述测杆的底端与河床表面的接触点为测点，所述测杆顶端在所述上框之内是所述测点的显示点，因为所述测杆的长度一致，所以所述测杆顶端的连线与测量位置的河床表面线的形态一致。利用照相机拍摄包含所有测杆顶端的所述上框的照片，将所述测量位置河床表面形态的数据记录在照片中，一个所述测量位置的河床结构测量工作完成。连续测量规定长度的河段，并将照片中的测量数据提取，利用相关公式就可以计算出该测量河段的河床结构Sp值参数。采用所述整体提升梁装置，可以有效控制测杆的整体移动，测量排摆放到预定测量位置并将所述顶梁调整为水平以后，再将所述测杆一并落放，使得测量工作更加可控，消除了测杆支撑测量排框架的现象，从而提高了测量精度，同时减少了测杆的弯曲变形，可延长测量排的使用寿命。将测杆全部安装在测量排框架之中，不仅方便了包装和运输，也为多框测量排的可折叠连接创造了条件。多框测量排的可折叠连接并且将所述水平仪镶嵌在所述顶梁上表面之内，使得测量排成为一个整体，避免了因螺栓、水平尺丢失而影响测量工作的现象发生。本实用新型的进一步技术方案公开了制作所述测量排框架的材料和规格，可以保证所述测量排框架具有抗水流冲击的强度。本实用新型的进一步技术方案公开了所述测量排框架的规格，即可以满足测量工作的需要又便于携带。提供的所述下框高度对所述测杆的滑动方向具有控制作用，可保证测杆底端偏离预定测点位置的距离符合测量精度要求。本实用新型的进一步技术方案提供的所述刻度线背板是金属薄板或塑料薄板，安装在所述上框之内可提高所述测量排的强度。所述刻度线是平行所述横掌顶边线的等间距分布的平行直线，便于测量数据的提取。本实用新型的进一步技术方案公开了所述测杆的规格，外直径为0.8 — 1.5cm的空心不锈钢测杆具有较高的抗水流冲击的强度而且重量较轻；测杆的长度为75 - 150cm,可以满足山区河流一般情况下河床床面测量的需要。本实用新型的进一步技术方案提供了所述测杆顶箍的安装位置、横断面特征与外径规格，便于材料的选择和安装。本实用新型的进一步技术方案提供了所述测杆安装孔的形状和孔径规格，既可以保证所述测杆的上下自如滑动，又不会造成过大的测量误差。本实用新型的进一步技术方案提供了所述测杆整体提升梁的规格，便于其在所述上框内上下移动，可更好的发挥对所述测杆的整体提升作用。本实用新型的进一步技术方案优选了一种横断面为中空矩形的底梁，具有较强的抗撞击强度；所述底梁下孔的孔径大于所述底梁上孔的孔径，可保证所述测杆在收纳到所述底梁之内或者延伸到所述底梁下方时不受到拦挡；所述测杆的末端被收纳到所述底梁内，有利于所述测量排摆放到预定的测量位置，也便于所述测量排的包装与运输。本实用新型的进一步技术方案优选了另一种横断面为凹形的底梁，同样具有较高的抗撞击强度，所述测杆的底端在凹口内外可上下自如滑动；所述测杆的底端被收纳在凹口之内，有利于所述测量排摆放到预定的测量位置，也便于所述测量排的包装与运输。本实用新型一种河床结构测量装置公开了一种多框测量排的可折叠固定连接方式，将多个所述单框测量排连接为一个整体，可提高测量工作的效率，更便于测量排的使用、包装和运输。
图1为实施例1的单框测量排正面结构示意图；图2为实施例1的单框测量排侧面结构示意图；图3为实施例1的单框测量排的矩形断面底梁结构示意图；图4为实施例1的单框测量排的另一种凹型断面底梁结构示意图；图5为实施例2的多框测量排测量准备状态图；图6为实施例2的多框测量排测量过程图。附图标记如下:1-顶梁；2_底梁;3_边柱；4_横掌；5-水平仪；6_下框；7_刻度线背板；8_刻度线；9-刻度值；10_测杆；11_顶箍；12-测杆整体提升梁；13_垫片；14-底梁上孔；15_底梁下孔；16-凹口内底面；17-凹形顶面；18_合页；19-水面线；20_河床床面；21_支点。
具体实施方式
[0043]
以下结合附图对具体实施方式
进行详细说明。[0044]实施例1[0045]本实施例的所述单框测量排的结构如图1、图2所示，包括顶梁1、底梁2、两个边 柱3和横掌4,是采用宽度为20mm,厚度为38mm,壁厚0.5mm的矩形薄壁不锈钢方管固定连 接构成的矩形框架，所述矩形框架的外边界宽度为500mm，高度为1020mm，下框6的高度为 260mm,上框安装刻度线背板7的高度为700mm，宽度为460mm，刻度线8的间距为50mm，并标 注有刻度值9 ;测杆整体提升梁12的长度为458mm，采用长边20mm，短边IOmm的直角铝合金 材料制作；底梁2、横掌4和测杆整体提升梁12均设置有间距为50mm的10个测杆安装孔， 孔径为9mm，孔心在垂直横掌4顶面方向一一对应；测杆10贯穿底梁2、横掌4和测杆整体 提升梁12安装在测量排框架之中；测杆顶端安装顶箍11，位于横掌4之上，顶箍11的横剖 面形状为六边形，外直径为IOmm ;顶梁镶嵌有水平仪5 ;底梁2的横断面为中空矩形如图3 所示，底梁上孔14的孔径为9mm,底梁下孔15的孔径为15mm ;如果采用如图4所示的横断 面为凹形的底梁2，则所述测杆安装孔设置在所述凹口内底面16并垂直贯通凹形顶面17 ； 横掌4的顶面设置有厚度为5mm的垫片13。[0046]实施例2[0047]本实施例为多框测量排，其结构如图5、图6所示，在每两个如实施例1结构的单框 测量排的相邻边柱3之间安装3个合页18，将三个单框测量排可折叠固定连接起来构成一 个完整的多框测量排。连接好的多框测量排，顶梁1、底梁2、横掌4和刻度线8都是在各自 对应的同一条直线上，整个多框测量排的孔距均为50mm，多框测量排上可只安装一个水平 仪5。[0048]多框测量排是一个整体，折叠起来包装和携带都很方便；展开以后就可以进行测 量工作，无需准备螺栓、水平尺等配件，也无需在野外测量以前进行组装，不仅节省了时间， 也方便了工作。[0049]上述实施例在测量过程中，测量排需要摆放在如图5和图6所示的河床床面20之 上，河床床面20凸凹不平而且在水面线19以下，湍急的水流对测量排具有较强的冲击作 用，具有刻度线背板7的测量排强度有所提高不易变形，测量精度可以保证；移动测量排时 将测杆整体提升梁12提升到顶梁I的下方，这时测杆10全部收纳到底梁2之内，消除了测 杆10伸出到底梁2下方对测量排移动造成的干扰，有效避免了测杆10支撑测量排的现象 发生，从而提高了测量排摆放位置的准确度；测量排摆放到预定的测量位置以后，以底梁 2与河床床面20的接触点为支点21，利用镶嵌在顶梁I表面的水平仪5将顶梁I表面调整 为水平，这时横掌4的顶面也就处于水平状态，测量的准备工作就绪如图5所示；将测杆整 体提升梁12向下移动到横掌4的顶面，测量工作开始(如图6所示)，这时所有测杆10在自 身重力的作用下同时向下滑动到河床床面20，外径8mm的测杆10具有较高的抗水流冲击的 强度，始终保持着竖直状态，测杆10的底端与河床的床面20的接触点为测点，测杆10的顶 端即顶箍11的顶端为测点的显示点，因为测杆10包括顶箍11的长度是一致的，所以测杆 顶端的连线与所述测量位置河床的床面形态是吻合的；在刻度线背板7的映衬下，参照刻度线8可以读出每根测杆10顶端的高度值；利用照相机拍摄包含有所有测杆10顶端和刻度线背板7的照片，定量记录下所述测量位置的河床表面形态数据，完成一个所述测量位置的测量工作；按要求，一个Sp值的测量河段包括多个首尾相连的所述测量位置，完成所有所述测量位置的测量，并将拍摄的所有照片中测杆顶端数据进行提取，然后利用相关公式就可计算出所述测量河段定量描述河床结构Sp值参数。 所述河床结构测量排的操作一般需要三人共同完成，其中两人在水中操作测量排，另一个人在岸上使用照相机拍摄包含所有测杆10顶端和刻度线背板7的照片。
权利要求1.一种河床结构的测量装置，为包括测量排框架、刻度线背板、测杆的单框测量排，所 述测量排框架是包括顶梁、底梁、两个边柱和横掌的矩形框架，所述横掌安装在所述矩形框 架内，与所述顶梁、底梁平行，将所述矩形框分为上框和下框，其特征在于还包括测杆整体 提升梁，所述测杆整体提升梁位于所述上框内与所述横掌平行；所述底梁、横掌和测杆整体 提升梁上设置有数量相同且孔心间距一致的上下贯通的若干测杆安装孔；所述测杆通过所 述测杆安装孔贯穿所述底梁、横掌和测杆整体提升梁，平行安装在所述测量排框架之内，顶 端安装外直径大于测杆安装孔孔径的顶箍后由所述测杆整体提升梁带动可整体上下移动 且每根测杆的长度一致。
2.根据权利要求1所述的一种河床结构的测量装置，其特征在于包括水平仪，所述水 平仪镶嵌在所述顶梁上表面内。
3.根据权利要求1所述的一种河床结构的测量装置，其特征在于所述刻度线背板是画 有刻度线的金属薄板或塑料薄板，安装在所述上框内；所述刻度线是平行所述横掌顶边线 的等间距分布的平行直线。
4.根据权利要求1所述的一种河床结构的测量装置，其特征在于所述测量排框架选用 横断面外缘宽为1.5 - 3cm，厚为2.5 一 5cm的中空刚性型材，所述矩形框架外边界的宽度 为50 — 150cm，高度为75 — 155cm，所述下框的高度即所述底梁至所述横掌之间的距离为 20 — 40cm ;所述测杆是空心不锈钢管，长度为75 — 150cm，外直径为0.8-1.5cm。
5.根据权利要求1所述的一种河床结构的测量装置，其特征在于所述测杆包括所述顶 箍的长度等于或小于所述顶框底边至所述底框底边的距离，大于所述顶框底边至所述底框 顶边的距离。
6.根据权利要求1所述的一种河床结构的测量装置，其特征在于所述测杆安装孔的形 状与所述测杆横断面的形状一致，孔径大于所述测杆外直径0.6 - 2mm。
7.根据权利要求1所述的一种河床结构的测量装置，其特征在于所述测杆整体提升梁 采用具抗弯强度的三角型材或中空型材制作，宽度小于或等于所述横掌的厚度，长度小于 所述横掌的长度并能容纳所有所述测杆安装孔。
8.根据权利要求1所述的一种河床结构的测量装置，其特征在于所述底梁的横断面为 中空矩形，所述中空矩形上表面的所述测杆安装孔称为底梁上孔，下表面的所述测杆安装 孔称为底梁下孔，所述底梁上孔与所述底梁下孔的孔心位置垂直对应，所述底梁上孔的形 状、孔径与所述横掌上所述测杆安装孔一致并在垂向一一对应，所述底梁下孔的孔径大于 所述底梁上孔的孔径。
9.根据权利要求1所述的一种河床结构的测量装置，其特征在于所述底梁的横断面为 凹形，所述凹形的凹口向下，所述测杆安装孔设置在所述凹口内底面并垂直贯通所述凹形 的顶面，其形状、孔径与所述横掌上所述测杆安装孔一致并在垂向一一对应。
10.一种河床结构测量装置，其特征在于是由两个或多个权利要求1-9任一所述的单 框测量排可折叠固定连接构成的多框测量排，在被连接的每两个所述单框测量排的相邻边 柱之间安装一个或多个可折叠连接件，将多个所述单框测量排固定连接成一个所述多框测 量排，相邻的两个所述边柱的宽度之和小于所述孔距，被连接的每个所述单框测量排的结 构、规格一致；连接好的所述多框测量排的所述孔距一致，所述顶梁、底梁、横掌和刻度线分 别在各自的一条直线上，所述多框测量排可自如折叠。
专利摘要本实用新型涉及一种河床结构的测量装置，为包括测量排框架、刻度线背板、测杆的单框测量排及由其组成的多框测量排，所述测量排框架是包括顶梁、底梁、两个边柱和横牚的矩形框架，还包括测杆整体提升梁，所述测杆整体提升梁位于所述上框内与所述横牚平行；所述测杆通过测杆安装孔贯穿平行安装在所述测量排框架之内，由所述测杆整体提升梁带动可整体上下移动且每根测杆的长度一致。采用整体提升梁装置，可以有效控制测杆的整体移动，测量排测量时将所述测杆一并落放，使得测量工作更加可控，提高了测量精度，可延长测量排的使用寿命，还可方便包装和运输。
文档编号G01C7/02GK202974269SQ20122070403
公开日2013年6月5日 申请日期2012年12月18日 优先权日2012年12月18日
发明者王兆印, 何晓燕, 王旭昭, 张康, 姜晓明, 任明磊 申请人:中国水利水电科学研究院, 清华大学, 北京矿产地质研究院