一种楔形弹簧塞尺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种楔形弹簧塞尺，用于测量岩土体裂隙的张开度，包括主楔和弹楔，所述的主楔头部通过转轴与弹楔头部连接，主楔尾部通过设置在主楔上的弹簧槽内的弹簧与弹楔尾部连接，所述的主楔包括设置在主楔上表面尺槽内的刻度尺和设置在主楔下表面的按板，所述的刻度尺通过尺转轴与尺槽枢接，所述的按板通过按板转轴与主楔枢接，并且按板转轴的量角端伸出主楔外部，其上设有刻度针，所述的主楔在按板转轴的量角端处设有刻度盘，所述的尺转轴通过传动索与按板转轴连接，使尺转轴在转动时，按板转轴以等角速度反向转动。与现有技术相比，本发明具有测量准确、测量范围广、读数方便、计算简单等优点。
【专利说明】一种楔形弹簧塞尺
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种塞尺，尤其是涉及一种楔形弹簧塞尺。
【背景技术】
[0002]岩土体中裂隙的张开度信息是研宄其力学性质和工程稳定性的重要依据。目前，对于张开度小于Icm的岩土体裂隙，一般采用塞尺获得其张开度参数。但是，现有的塞尺在测量过程中，主要通过手动将塞尺塞入岩土体中裂隙，再读取张开度数据，这样常读取塞尺参数操作极不方便；对于裂隙面与测面斜交的岩土体裂隙，其测得的张开度实际是视张开度(裂隙被测面所截切出的长度)，而不是真实张开度(裂隙两壁之间的垂直宽度)；且测量过程中人为主观因素对测量结果影响较大。
[0003]中国专利CN203240999U公开了一种测量区间大的锥形塞尺，该装置含有四片宽度的塞尺分尺，不同宽度形态的塞尺可用于测量不同规模的裂隙张开度。但是，该塞尺在测量实践过程中，由人为主观因素引起的误差较大，导致测量结果的误差大；对于两壁平行，且斜交于测面的裂隙，其测得的并不是裂隙真实张开度值。
[0004]中国专利CN202947635U公开了一种楔形塞尺，该装置主要有塞尺本体和手柄组成，塞尺本体上分布有可表征所测裂隙宽度的刻度值，通过该刻度值可直接获得所测裂隙的张开度。但是，该塞尺在测量实践过程中，仍然含有人为主观因素引起的较大误差，测量时读数操作也不方便，对于两壁平行，且斜交于测面的裂隙，其测得的也不是裂隙真实张开度值。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种测量准确、测量范围广、读数方便、计算简单的楔形弹簧塞尺。
[0006]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0007]一种楔形弹簧塞尺，用于测量岩土体裂隙的张开度，包括主楔和弹楔，所述的主楔头部通过转轴与弹楔头部连接，主楔尾部通过设置在主楔上的弹簧槽内的弹簧与弹楔尾部连接，所述的主楔包括设置在主楔上表面尺槽内的刻度尺和设置在主楔下表面的按板，所述的刻度尺通过尺转轴与尺槽枢接，所述的按板通过按板转轴与主楔枢接，并且按板转轴的量角端伸出主楔外部，其上设有刻度针，所述的主楔在按板转轴的量角端处设有刻度盘，所述的尺转轴通过传动索与按板转轴连接，使尺转轴在转动时，按板转轴以等角速度反向转动。
[0008]所述的尺转轴和按板转轴上均设有螺旋状刻槽，所述的传动索通过螺旋状刻槽分别与尺转轴和按板转轴紧固连接。
[0009]所述的尺转轴上的螺旋状刻槽与按板转轴上的螺旋状刻槽旋转方向相反。
[0010]所述的传动索为刚性材质。
[0011]所述的刻度盘的量程为-90度?90度，其刻度值按顺时针依次增大，且O度值的刻线与主楔下表面平行。
[0012]当按板与主楔下表面垂直时，所述的刻度针指向O度值。
[0013]所述的刻度尺上的刻度值为按板转轴到主楔楔尖的距离与尺转轴到主楔楔尖的距离之比和其实际长度的乘积值。
[0014]所述的刻度尺的量程大于或等于1cm，刻度间距小于1mm。
[0015]所述的主楔尾部设有挂钩，所述的弹楔尾部设有挂钮，所述的挂钩和挂钮在未测量时挂接在一起。
[0016]所述的主楔头部和弹楔头部均为薄板状楔体且纵截面为三角形。
[0017]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0018]一、测量准确，采用弹簧弹动弹楔对岩土体裂隙张开度进行测量，有效地避免了在硬度较小的岩土体中，因人为施力过大，而造成测得值大于真实值的后果。
[0019]二、测量范围广，采用板状主楔，在测量时候使主楔背面紧贴岩土体裂隙的一壁，同时按板平置于测面上，避免了现有塞尺因人为主观判断导致塞尺面斜交于测面，而造成测得值大于实际值得后果。
[0020]三、读数方便，采用刻度尺对裂隙张开度进行放大读数，有助于读数操作的便捷，并能有效提尚读数的精度。
[0021]四、计算简单，采用同步等角速度反向转动的刻度尺和按板装置，获取刻度尺上的读数值e’，且可直接读取两者与主楔背面法线之间的夹角α，通过公式e = e’Xcosa，可计算获得两壁相平行的裂隙的真实张开度e。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明收拢时的机构示意图。
[0023]图2为本发明主楔侧面结构示意图。
[0024]图3为本发明按板和刻度尺的结构示意图。
[0025]图4为本发明展开时的结构示意图。
[0026]图5为本发明的测量原理图。
[0027]图6为弹簧塞尺的数学原理图。
[0028]其中，1、主楔，2、弹楔，3、刻度尺，4、尺槽，5、按板，6、弹簧，7、弹簧槽，8、挂钩，9、挂钮，10、转轴，11、尺转轴，12、按板转轴，13、传动索，14、刻度针，15、刻度盘，16、裂隙，17、岩土体。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0030]实施例:
[0031]如图1-3所示，一种楔形弹簧塞尺，该弹簧塞尺包含主楔1、弹楔2、刻度尺3、尺槽4、按板5、弹簧6、弹簧槽7、挂钩8、挂钮9、转轴10、尺转轴11、按板转轴12、传动索13、刻度针14及刻度盘刻度15。主楔I上段总体呈板状长方体，下段呈很薄的板状楔体，弹楔2上部也有呈较短的薄板状长方体，下段呈较长的薄条带状楔体，主楔I和弹楔2下部楔尖处通过转轴10相连，该转轴固定于主楔，弹楔可绕之自由转动，弹楔上部与固定于主楔弹簧槽7中的弹簧6相连。刻度尺3通过尺转轴11设置于主楔的尺槽4内，刻度尺3与尺转轴11相固定，尺转轴11套合于主楔I中，可自由转动，且尺转轴两端上分布有螺旋状刻槽。按板5通过按板转轴12设置于主楔I的中下部背面，按板5与按板转轴12相固定，按板转轴12套合于主楔I中，可自由转动，且按板转轴12外端上分布有螺旋状刻槽，按板转轴12露于主楔I外的外端上设置有刻度针14 ;按板转轴12外端对应于主楔I测面上分布有180°区间的刻度盘及相应刻度15，刻度盘15两端刻度分别为90°和-90°，中间刻度为0°，即刻度值呈顺时针均匀增大。按板转轴12与尺转轴11之间通过转动索13连接，传动索13为不可被拉伸的材质，在尺转轴11两端螺旋状刻槽中反向缠绕，索端分别固定于该两螺旋状刻槽中，中段缠绕在按板转轴12的螺旋状刻槽中。在不使用时，弹楔2可通过设置在主楔I上的挂钩8挂扣设置在弹楔2上的挂钮9，以稳定弹楔2 ;挂钩8下部套合在主楔I侧面上，且可在侧面上自由转动；在测量实践时，将挂钩8从挂钮9上拨下后，弹楔2可在弹簧6作用力下向外弹出。
[0032]如图4和图5所示，在测量岩土体17上裂隙16的张开度时，将塞尺各部件在收拢状态下，主楔I和弹楔2下部楔尖插入裂隙，保证主楔I背面紧靠于裂隙16 —侧的岩土体17上。转动按板转轴12外端，使得按板5转至平置于测面上，此时，刻度尺3会发生同步等角速度反向转动，用手将按板5稳固在岩土体17的层面上，保证塞尺整体的稳定性，读取并记录刻度针14对准刻度盘15中的角度值α。将挂钩8从挂钮9上拨开，弹楔2在弹簧6作用下自动外弹，弹楔2受所测岩土体裂隙另一壁面的限制，达到稳定状态，读取刻度尺3上弹楔2对应的刻度值，即为测得张开度e’。对于两壁平行或近于平行的裂隙，其裂隙真实张开度可通过公式e = e’ Xcosa予以计算获得。通过以上设备与操作，可较准确地获得岩土体裂隙张开度参数。
[0033]如图6所示，三角形ODC为塞尺横剖面，O为楔尖转轴10，OD为弹楔2所在面，OC为主楔I所在面，ABG线为按板5所在面，同时也为岩土体17层面，CD为刻度尺3所在面；ABFE为所测两面壁相平行的裂隙16，AH为垂直于面壁AE和BF的裂隙16真张开度e，AB为裂隙16的视张开度e’ ；Z HAB为角a，即按板5和刻度尺3偏转产生的角度。塞尺中0B、OC均为固定值，则裂隙18的视张开度e’ = (XDX0B/0C，即刻度尺3上量度e’的刻度值与CD实际长度之间存在恒定的比例关系，有利于刻度尺3上刻度的横向均匀分布。对于两面壁近平行的岩土体裂隙ABFE，由几何关系，能够算出其真张开度e = e/ Xcosa。
【权利要求】
1.一种楔形弹簧塞尺，用于测量岩土体裂隙的张开度，其特征在于，包括主楔(I)和弹楔(2)，所述的主楔(I)头部通过转轴(10)与弹楔(2)头部连接，主楔(I)尾部通过设置在主楔⑴上的弹簧槽(7)内的弹簧(6)与弹楔⑵尾部连接，所述的主楔⑴包括设置在主楔⑴上表面尺槽⑷内的刻度尺⑶和设置在主楔⑴下表面的按板(5)，所述的刻度尺(3)通过尺转轴(11)与尺槽(4)枢接，所述的按板(5)通过按板转轴(12)与主楔(I)枢接，并且按板转轴(12)的量角端伸出主楔(I)外部，其上设有刻度针(14)，所述的主楔(I)在按板转轴(12)的量角端处设有刻度盘(15)，所述的尺转轴(11)通过传动索(13)与按板转轴(12)连接，使尺转轴(11)在转动时，按板转轴(12)以等角速度反向转动。
2.根据权利要求1所述的一种楔形弹簧塞尺，其特征在于，所述的尺转轴(11)和按板转轴(12)上均设有螺旋状刻槽，所述的传动索(13)通过螺旋状刻槽分别与尺转轴(11)和按板转轴(12)紧固连接。
3.根据权利要求2所述的一种楔形弹簧塞尺，其特征在于，所述的尺转轴(11)上的螺旋状刻槽与按板转轴(12)上的螺旋状刻槽旋转方向相反。
4.根据权利要求2所述的一种楔形弹簧塞尺，其特征在于，所述的传动索(13)为刚性材质。
5.根据权利要求1所述的一种楔形弹簧塞尺，其特征在于，所述的刻度盘(15)的量程为-90度?90度，其刻度值按顺时针依次增大，且O度值的刻线与主楔(I)下表面平行。
6.根据权利要求5所述的一种楔形弹簧塞尺，其特征在于，当按板(5)与主楔(I)下表面垂直时，所述的刻度针(14)指向O度值。
7.根据权利要求1所述的一种楔形弹簧塞尺，其特征在于，所述的刻度尺(3)上的刻度值为按板转轴(12)到主楔⑴楔尖的距离与尺转轴(11)到主楔⑴楔尖的距离之比和其实际长度的乘积值。
8.根据权利要求7所述的一种楔形弹簧塞尺，其特征在于，所述的刻度尺(3)的量程大于或等于1cm，刻度间距小于Imm0
9.根据权利要求1所述的一种楔形弹簧塞尺，其特征在于，所述的主楔(I)尾部设有挂钩(8)，所述的弹楔(2)尾部设有挂钮(9)，所述的挂钩(8)和挂钮(9)在未测量时挂接在一起。
10.根据权利要求1所述的一种楔形弹簧塞尺，其特征在于，所述的主楔(I)头部和弹楔(2)头部均为薄板状楔体且纵截面为三角形。
【文档编号】G01B5/14GK104501693SQ201410767932
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月12日 优先权日:2014年12月12日
【发明者】王建秀, 吴林波, 邵雨乐, 刘绍莉, 高峰 申请人:同济大学