量测结构面竖向分形特征的便携装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种量测结构面竖向分形特征的便携装置及方法，该装置包括两把设有刻度的直尺和量角器，两把直尺的一端重叠后与量角器铰接在一起，所述量角器的原点与铰接点重合，所述直尺上设有与量角器的水平线重合的测量直线，所述直尺的尺顶端面上沿直尺长度方向等间距开设有一排通孔，所述通孔中插装有触针。其结构简单、使用可靠，操作灵活快速、测量数据直观可靠，极大的减小了人为误差，显著提高了野外工作效率。
【专利说明】量测结构面竖向分形特征的便携装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测绘测量技术，特别是一种量测结构面坚向分形特征的便携装置及方 法。
【背景技术】
[0002] 在露天矿边坡稳定性评价工作中，针对矿山开挖深、边坡高度大、地质结构复杂等 特点，需要掌握影响边坡稳定性的优势结构面产状、分形特征及其工程地质性质，特别是发 育长度大、贯通性较强的断层、节理等III级以上结构面往往控制着几个台阶边坡甚至采场 终了边坡的稳定性。结构面的表面形态与其力学性质密切相关，对结构面表面形态进行精 细测定，是研究结构面变形和强度等力学机理的基础，并进而建立其相应模型的先决条 件，因结构面坚向起伏度和粗糙度是影响破裂面抗滑能力的重要因素，而沿坚向结构面分 形特征的野外量测，其精准度直接决定起伏度与粗糙度JRC值，这对于确定结构面及岩体 力学抗剪强度有很大影响。现有传统的测量方法是采用地质罗盘、直尺等进行测量，属于粗 略量测，而激光扫描的测量方式精确性受测量系统的转换限制，只能用于总体模糊评价。故 针对结构面坚向分形特征值的量测装置及方法亟待改进。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是为了提供一种结构简单、使用可靠的量测结构面坚向分形特征 的便携装置及方法，显著提高对优势结构面坚向分形特征值的测量精准性，通过对出露的 断层节理等结构面使用此装置和简单的计算，得到结构面临空方向的起伏度与粗糙度JRC 值，根据室内岩石试验成果和Barton公式确定岩体力学强度参数，为科学分析边坡稳定性 提供可靠参数。
[0004] 本发明的技术方案是： 一种量测结构面坚向分形特征的便携装置，其特征在于：包括两把设有刻度的直尺和 量角器，两把直尺的一端重叠后与量角器铰接在一起，所述量角器的原点与铰接点重合，所 述直尺上设有与量角器的水平线重合的测量直线，所述直尺的尺顶端面上沿直尺长度方向 等间距开设有一排通孔，所述通孔中插装有触针。
[0005] 上述的量测结构面坚向分形特征的便携装置，所述触针与通孔之间为过盈配合且 触针外周沾有润滑油，以用力按压触针顶部时触针可在通孔内纵向移动。
[0006] 上述的量测结构面坚向分形特征的便携装置，所述触针顶部设有针帽，所述通孔 为沉头孔。
[0007] 上述的量测结构面坚向分形特征的便携装置，所述直尺与量角器的铰接点处穿设 螺丝，在螺丝杆上套装弹簧并利用螺母锁紧。
[0008] -种量测结构面坚向分形特征的方法，其特征在于： 1)、结构面起伏度的测量方法 首先将两直尺上的触针向下按至最大量，或触针下端全部缩入直尺的通孔内，而后展 开两直尺使触针下端或两直尺的尺底端面沿坚向贴近、接触待测结构面，调整量角器使其 中一侧直尺的水平方向上的测量直线与量角器的水平线重合，另一侧直尺的水平方向上的 测量直线落入量角器的量程内，根据量角器的刻度显示两直尺间的夹角，即得到被测量段 的起伏度大小，然后重复上述动作，分段连续测量结构面要求迹长长度内各基准段的起伏 度大小，并做记录以备定性描述； 2 )、结构面粗糙度的测量方法 首先将两直尺的铰接点处的螺母锁紧固定，而后选择基准段粗糙面的凹处两个基准 点，向下按动对应两个基准点的触针使触针下端与两个基准点相接触，并保持直尺的尺顶 端面与水平面平行，然后按下其余触针，记录所有触针露出直尺的尺顶端面的长度或所有 触针伸出直尺的尺底端面的长度，以备根据基准段长度计算该基准段的粗糙度JRC值， 最后重复上述动作，分段连续测量要求迹长长度内的各基准段的粗糙度JRC值，并运用 Barton公式确定结构面抗剪强度修正值。
[0009] 本发明的有益效果是： 1、 采用量角器和直尺的组合形式，完成对结构面起伏度的测量，操作简单灵活快速、测 量数据直观可靠，极大的减小了人为误差，使起伏度的定性描述更为准确； 2、 采用直尺与触针的组合形式，完成对结构面粗糙度的测量，触针与被测量基准段 接触后，由触针露出直尺顶面的部分的长度变化得出被测量基准段的幅度差，再根据基准 段的长度求出被测量基准段粗糙度的JRC值，以便利用Barton公式确定结构面抗剪强度 r修正值。测量装置结构简单、同时满足测量精度要求，操作方便快速，减少了人为判定的 模糊性，量测过程不受人为因素影响，分段多量程粗糙度的量测结果可真实反映粗糙度系 数的尺寸效应； 3、 携带方便，在露天矿边坡工程地质测绘中，针对断层、大节理结构面可以随时量测记 录，大大提高了野外工作效率，作为一种新的组合型的分形测量装置，对分析确定岩体结构 面力学强度参数具有较强的实用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1是本发明的组装示意图； 图2是图1中直尺的俯视图； 图3是本发明用于测量结构面起伏度的操作示意图； 图4是本发明用于测量结构面粗糙度的操作示意图； 图5是本发明测量得到的拟合结构面示意图。
【具体实施方式】
[0011] 如图1所示，该量测结构面坚向分形特征的便携装置，包括两把设有刻度101的直 尺1和量角器2,两把直尺1的一端重叠后与量角器2铰接在一起，所述量角器2的原点201 与铰接点103重合，所述直尺1上设有与量角器2的水平线202重合的测量直线102,所述 直尺1的尺顶端面上沿直尺1长度方向等间距开设有一排通孔104,所述通孔104中插装有 触针3。所述触针3与通孔104之间为过盈配合且触针3外周沾有润滑油，以用力按压触 针3顶部时触针3可在通孔104内纵向移动。所述触针3顶部设有针帽，所述通孔104为 沉头孔，当触针3按至最下方时，针帽落于沉头孔中，不致于与直尺1分离。所述直尺1与 量角器2的铰接点103处穿设螺丝4,在螺丝杆上套装弹簧并利用螺母锁紧。
[0012] 本实施例中，直尺1采用有机玻璃(或采用硬质塑料等）制成，厚度不小于5mm、长 度100或50cm、宽度25mm，在直尺1的尺顶端面上钻设通孔，通孔的轴心距为20-25 mm(可 依据精度要求设置)。
[0013] 利用上述装置量测结构面坚向分形特征的方法如下： 1、结构面起伏度的测量方法 如图3所示，首先将两直尺1上的触针3向下按至最大量，或触针3下端全部缩入直尺 1的通孔104内，而后展开两直尺1使两直尺1的尺底端面沿坚向贴近、接触待测结构面5， 调整量角器2使其中一侧直尺1的水平方向上的测量直线102与量角器2的水平线202重 合，另一侧直尺1的水平方向上的测量直线102落入量角器2的量程内，根据量角器2的刻 度显示两直尺1间的夹角0，即得到该段的起伏度大小（〈180° )，然后重复上述动作，分段 连续测量结构面要求迹长长度内的起伏度大小，并做记录以备定性描述。
[0014] 2、结构面粗糙度的测量方法 如图4所示，首先将两直尺1的铰接点103处的螺母锁紧固定，而后选择待测结构面6 基准段粗糙面的凹处两个基准点(如基准点I 7和基准点II 8,向下按动对应两个基准点的 触针3使触针3下端与两个基准点相接触，并保持直尺1的尺顶端面与水平面平行，然后按 下其余触针3,记录所有触针3露出直尺1的尺顶端面的长度或所有触针3伸出直尺1的尺 底端面的长度，以备根据基准段长度计算该基准段的粗糙度JRC值，最后重复上述动作，分 段连续测量要求迹长长度内的各基准段的粗糙度JRC值，并运用Barton公式确定结构面抗 剪强度修正值。
[0015] 记录触针3露出直尺1的尺顶端面的长度或伸出尺底端面的长度时，将直尺1放 平在纸面上，逐个量取即可，最终形成的拟合结构面9如图5所示，通过与图4实际结构面 相比较，显示测量效果极好。
[0016] 粗糙度系数JRC值的计算公式为：
【权利要求】
1. 一种量测结构面坚向分形特征的便携装置，其特征在于：包括两把设有刻度的直尺 和量角器，两把直尺的一端重叠后与量角器铰接在一起，所述量角器的原点与铰接点重合， 所述直尺上设有与量角器的水平线重合的测量直线，所述直尺的尺顶端面上沿直尺长度方 向等间距开设有一排通孔，所述通孔中插装有触针。
2. 根据权利要求1所述的量测结构面坚向分形特征的便携装置，其特征在于：所述触 针与通孔之间为过盈配合且触针外周沾有润滑油。
3. 根据权利要求1所述的量测结构面坚向分形特征的便携装置，其特征在于：所述触 针顶部设有针帽，所述通孔为沉头孔。
4. 根据权利要求1所述的量测结构面坚向分形特征的便携装置，其特征在于：所述直 尺与量角器的铰接点处穿设螺丝，在螺丝杆上套装弹簧并利用螺母锁紧。
5. -种量测结构面坚向分形特征的方法，其特征在于： 1)、结构面起伏度的测量方法 首先将两直尺上的触针向下按至最大量，或触针下端全部缩入直尺的通孔内，而后展 开两直尺使触针下端或两直尺的尺底端面沿坚向贴近、接触待测结构面，调整量角器使其 中一侧直尺的水平方向上的测量直线与量角器的水平线重合，另一侧直尺的水平方向上的 测量直线落入量角器的量程内，根据量角器的刻度显示两直尺间的夹角，即得到被测量段 的起伏度大小，然后重复上述动作，分段连续测量结构面要求迹长长度内各基准段的起伏 度大小，并做记录以备定性描述； 2 )、结构面粗糙度的测量方法 首先将两直尺的铰接点处的螺母锁紧固定，而后选择基准段粗糙面的凹处两个基准 点，向下按动对应两个基准点的触针使触针下端与两个基准点相接触，并保持直尺的尺顶 端面与水平面平行，然后按下其余触针，记录所有触针露出直尺的尺顶端面的长度或所有 触针伸出直尺的尺底端面的长度，以备根据基准段长度计算该基准段的粗糙度JRC值， 最后重复上述动作，分段连续测量要求迹长长度内的各基准段的粗糙度JRC值，并运用 Barton公式确定结构面抗剪强度修正值。
【文档编号】G01C7/02GK104406570SQ201410739001
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月8日 优先权日:2014年12月8日
【发明者】张宝才, 宫长亮, 代俊杰, 樊伟, 刘述栋, 张建立, 崔广建 申请人:鞍钢集团矿业公司