申请/专利权人：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司

申请日：2017-01-11

公开（公告）日：2023-03-14

公开（公告）号：CN106500656B

主分类号：G01C1/00

分类号：G01C1/00;G01C15/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.03.14#授权;2017.04.12#实质审查的生效;2017.03.15#公开

摘要：本发明涉及一种结构面产状测量方法和重心式结构面产状测量仪器，特别是一种应用于土木工程领域的结构面产状测量方法和重心式结构面产状测量仪器。本发明提供一种使用方便，不用调整仪器水平，可以快速准确的测出结构面产状的结构面产状测量仪器。包括框架、中央隔板、球形指南针。本发明还提供一种结构面产状测量方法，包括以下几个步骤：A、将仪器平放在结构面上；B、待中央隔板位置稳定后，测出真倾向方位角；C、测出结构面真倾角。本申请的仪器和方法不需要再保证罗盘棱边紧靠结构面的同时确保水准器气泡居中，也不需要同时调整管状水准器或悬锤来测倾角。本申请的技术方案受测量环境及人为因素影响小，因此测量更加准确且，速度更快。

主权项：1.重心式结构面产状测量仪器，其特征在于：包括框架（3）、中央隔板（1）、球形指南针（2），所述框架（3）包括内壁和外壁，所述球形指南针（2）设置在框架（3）的内壁之中，所述球形指南针（2）包括球形外壳和设置在球形外壳中的磁针，所述框架的内壁与球形外壳接触，并且球形外壳中的球心在内壁的回转中心上，所述磁针包括南针（7）和北针（8）；还包括悬垂（11），所述悬垂（11）与球形外壳刚性连接，所述悬垂（11）的延长线过球形外壳的球心，所述悬垂（11）与磁针相互垂直，所述球形外壳表面设置有倾角刻度线（9），所述中央隔板（1）为圆环形，所述中央隔板（1）的中间平面（4）通过球形外壳的球心，所述中央隔板（1）设置在内壁和外壁之间，并与框架（3）可转动连接，且其转轴与磁针的转轴重合，所述中央隔板（1）的重心与其几何中心不重合，所述中央隔板（1）上设置有角度刻度，所述中央隔板（1）上还设置有倾向指示针（5），倾向指示针（5）与中央隔板（1）重心到中央隔板（1）几何中心的连线的夹角为180度，中央隔板（1）上的角度刻度以倾向指示针（5）的角位置为0刻度位置，刻度值沿逆时针方向递增。

全文数据：重心式结构面产状测量仪器技术领域[0001] 本发明涉及一种结构面产状测量方法和重心式结构面产状测量仪器，特别是一种应用于土木工程领域的结构面产状测量方法和重心式结构面产状测量仪器。背景技术[0002] 在土木工程领域，结构面是指岩体内开裂的和易开裂的面如层面、节理、断层、片理等又称不连续面。结构面的产状是指结构面在空间的延展方位。包含三个要素，即走向、倾向和倾角。其中方位角:方位角又称地平经度Azimuthangle缩写Az，是在平面上量度物体之间的角度差的方法之一。是从某点的指北方向线起，依顺时针方向到目标方向线之间的水平夹角。[0003] 结构面产状的表示方法有两种:[0004] I:只记倾向和倾角。如:160°Z40°[0005] 2:走向、倾向和倾角。如:N70°ESEZ40°两个例子为同一结构面使用产状的不同表不方法[0006]结构面走向是结构面与水平面相交线的方位，测量时将罗盘长边的底棱角紧靠结构面，当圆形水准器气泡居中时读指北或指南针所指度数即所求因走向线是一直线，其方向可两边延伸，故读南、北针均可。[0007]结构面倾向的测量是指结构面向下最大倾斜方向线真倾向线在水平面上投影的方位。测量时将罗盘北段指向结构面向下倾斜的方向，以南端短棱靠着结构面，当圆形水准器气泡居中时，读指北针所指度数即所求。[0008]结构面倾角是指结构面与假想水平面间的最大夹角，称真倾角。真倾角可沿结构面真倾斜线测量求得，若沿其他倾斜测得的倾角均较真倾角小，称为视倾角。测量时将罗盘侧立，使罗盘边长紧靠结构面，并用手指拨动底盘外之活动扳手，同时沿结构面移动罗盘，当管状水准器气泡居中时，测斜指针所指最大度数即结构面的真倾角。若测斜器是悬锤式的罗盘，方法与上基本相同，不同之处是手指按住底盘外的按钮，悬锤则自由摆动，当达最大值时松开手指，悬锤固定所指的读数即结构面的真倾角。[0009] 使用现有的机械罗盘方法对结构面产状进行测量都必须使圆形水准器气泡或管状水准器气泡居中，方能进行准确测量。当罗盘水平时其与与结构面相交，该交线方向即为结构面走向，倾向则为以该交线为法相方向的面在结构面倾斜方向上的水平投影方位角。倾角测量通过带管状水准器的测角器或悬锤式测斜器测量。使用机械罗盘测量中在保证罗盘棱边紧靠结构面的同时确保水准器气泡居中，方能准确测出结构面走向、倾向，同时还需通过调整管状水准器或悬锤测量其倾角。该方法受测量环境及人为因素影响较大，测量速度较慢。发明内容[0010] 本发明所要解决的技术问题是提供一种使用方便，不用调整仪器水平，可以快速准确的测出结构面产状的结构面产状测量方法，包括以下几个步骤:[0011] A、将重心式结构面产状测量仪器平放在结构面上；[0012] B、待中央隔板位置稳定后，南针在中央隔板上对应的角度值即为真倾向方位角；[0013] C、取中间平面，与球形外壳相交处的所对应的倾角刻度线值为结构面真倾角。[0014] 本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种使用方便，不用调整仪器水平，可以快速准确的测出结构面产状的重心式结构面产状测量仪器。[0015] 为解决上述技术问题，本发明采用的重心式结构面产状测量仪器，包括框架、中央隔板、球形指南针，所述框架包括内壁和外壁，所述球形指南针设置在框架的内壁之中，所述球形指南针包括球形外壳和设置在球形外壳中的磁针，所述框架的内壁与球形外壳接触，并且球形外壳中的球心在内壁的回转中心上，所述磁针包括南针和北针;还包括悬垂，所述悬垂与球形外壳刚性连接，所述悬垂的延长线过球形外壳的球心，所述悬垂与磁针相互垂直，所述球形外壳表面设置有倾角刻度线，所述中央隔板为圆环形，所述中央隔板的中间平面通过球形外壳的球心，所述中央隔板设置在内壁和外壁之间，并与框架可转动连接，且其转轴与磁针的转轴重合，所述中央隔板的重心与其几何中心不重合，所述中央隔板上设置有角度刻度，所述中央隔板上还设置有倾向指示针，倾向指示针与中央隔板重心到中央隔几何中心的连线的夹角为180度，中央隔板上的角度刻度以倾向指示针的角位置为O刻度位置，刻度值沿逆时针方向递增。[0016] 进一步的是，在框架的内壁或者外壁上设置有推力轴承，所述中央隔板通过推力轴承与框架可转动连接。[0017] 进一步的是，在框架的上方还设置有放大镜。[0018] 本发明的有益效果是:本申请采用的仪器和方法不需要再保证罗盘棱边紧靠结构面的同时确保水准器气泡居中，也不需要同时调整管状水准器或悬锤来测倾角。本申请的技术方案受测量环境及人为因素影响小，因此测量更加准确且，测量速度更快。附图说明[0019]图1是本申请的结构示意图；[0020]图2是本申请球形指南针的结构示意图；[0021]图3是本申请测量真倾角的原理图；[0022]图4是实施例1测量真倾向的示意图；[0023]图5是实施例1测量真倾角的示意图；[0024]图6是实施例2测量真倾向的示意图；[0025]图7是实施例2测量真倾角的示意图；[0026]图中零部件、部位及编号:中央隔板I，球形指南针2、框架3、中间平面4、倾向指示针5、放大镜6、南针7、北针8、倾角刻度线9、真倾向线1、悬垂11、推力轴承12。具体实施方式[0027]下面结合附图对本发明作进一步说明。[0028] 本申请所采用的结构面产状测量方法，包括以下几个步骤:[0029] A、将重心式结构面产状测量仪器平放在结构面上；[0030] B、待中央隔板I位置稳定后，南针7在中央隔板I上对应的角度值即为真倾向方位角；[0031] C、取中间平面4与球形外壳相交处的所对应的倾角刻度线9值为结构面真倾角。[0032] 实施例1[0033] 将重心式结构面产状测量仪器平放在结构面上，仪器稳定后南针7位置和中央隔板I的位置[0034] 如图4所示，图中南针7所指相对角度刻度为80度，S卩真倾向方位角为80度。[0035] 仪器稳定后球形外壳与中间平面4的相对位置关系如图5所示，此时中间平面4对应20度倾角的刻度线，因此结构面真倾角为20度。[0036] 实施例2[0037] 将重心式结构面产状测量仪器平放在结构面上，仪器稳定后南针7位置和中央隔板I的位置[0038] 如图6所示，图中南针7所指相对角度刻度为210度，即真倾向方位角为210度。[0039] 仪器稳定后球形外壳与中间平面4的相对位置关系如图7所示，此时中间平面4对应40度倾角的刻度线，因此结构面真倾角为40度。[0040] 如图1及图2所示，本申请的重心式结构面产状测量仪器，包括框架3、中央隔板1、球形指南针2，所述框架3包括内壁和外壁，所述球形指南针2设置在框架3的内壁之中，所述球形指南针2包括球形外壳和设置在球形外壳中的磁针，所述内壁与球形外壳接触，并且球形外壳中的球心在内壁的回转中心上，所述磁针包括南针7和北针8，还包括悬垂11，所述悬垂11与球形外壳刚性连接，所述悬垂11的延长线过球形外壳的球心，所述悬垂11与磁针相互垂直，所述球形外壳表面设置有倾角刻度线9，所述中央隔板I为圆环形，所述中央隔板I的中间平面4通过球形外壳的球心。中间平面4位于中央隔板I厚度方向的中间位置。所述中央隔板I设置在内壁和外壁之间，并与框架3可转动连接，且其转轴与磁针的转轴重合，所述中央隔板I的重心与其几何中心不重合，所述中央隔板I上设置有角度刻度，所述中央隔板I上还设置有倾向指示针5，倾向指示针5与中央隔板I重心到中央隔几何中心的连线的夹角为180度，中央隔板I上的角度刻度以倾向指示针5的角位置为O刻度位置，刻度值沿逆时针方向递增。其中悬垂11选择密度较大的材料制成，目的是使悬垂11始终朝向竖直向下的方向。磁针由带有磁性的材料制成，其中南针7指向地磁南极，北针8指向地磁北极。[0041]真倾向方位角测量[0042]如图4所示，带中央隔板I稳定后，南针7所指角度即为真倾向方位角.[0043] 原理:由于中央隔板I的几何中心与重心不重合，中央隔板I在重力作用，重心位于最低点，中央隔板I直径为定值，重心距离假想水平面最小，则重心到圆心的连线在竖直方向上的投影最大，即重心到圆心的连线与水平面的夹角最大，该方向即为结构面的倾向。方位角为从北针8方向线起，依顺时针方向到该方向线之间的水平夹角。由于南针7与北针8夹角为180度，倾向指示针5与中央隔板I重心到中央隔几何中心的连线的夹角为180度。中央隔板I上的角度刻度以倾向指示针5角位置为O刻度位置，刻度值沿逆时针方向递增。根据几何关系，南针7所指角度即为真倾向方位角。具体实施时可以通过设置配重的方法使中央隔板I的重心位于中央隔板I的边缘位置。[0044] 倾角测量[0045]如图3所示，倾角的读取:读取中央隔板I所指的球形指南针2上最大度数，或根据真倾向线10原理，结构面向下最大倾斜方向线为真倾向线10，即中央隔板I重心与倾向指示针5的连线为真倾向线10。[0046] 原理:球形指南针2水平面是以过球心的悬锤线为法线的平面，球形指南针2上的倾角刻度线9是以球心为圆锥顶点，2X90°—倾角刻度值为圆锥锥角，圆锥底面平行球形指南针2水平面的圆锥与球面的交线。悬锤起始点为球心，通过悬锤和中央平衡板在重力的作用下，悬锤始终保持垂直，中央平衡板保持水平。测量时仪器中央隔板I与结构面平行，球形指南针2中央平衡板保持水平，即球形指南针2零度线始终水平，根据几何关系，读取球形指南针22上的倾角刻度即可得到结构面真倾角。[0047] 在框架3的内壁或者外壁上设置有推力轴承12，所述中央隔板I通过推力轴承12与框架3可转动连接。为了让中央隔板I可以绕其回转中心自由转动，可以利用推力轴承12将中央隔板I和框架3连接在一起。[0048] 在框架3的上方还设置有放大镜6。为了便于操作人员更容易看清刻度盘的刻度，从而快速方便地读取方位角，在框架3的上方设置了有放大镜6。

权利要求：1.利用重心式结构面产状测量仪器进行结构面产状测量的方法，其特征在于:包括以几个步骤:A、将重心式结构面产状测量仪器平放在结构面上；B、待中央隔板I位置稳定后，南针7在中央隔板I上对应的角度值即为真倾向方位角；C、取中间平面⑷与球形外壳相交处的所对应的倾角刻度线9值为结构面真倾角。2.重心式结构面产状测量仪器，其特征在于:包括框架3、中央隔板I、球形指南针2，所述框架⑶包括内壁和外壁，所述球形指南针⑵设置在框架⑶的内壁之中，所述球形指南针2包括球形外壳和设置在球形外壳中的磁针，所述框架的内壁与球形外壳接触，并且球形外壳中的球心在内壁的回转中心上，所述磁针包括南针7和北针8;还包括悬垂11，所述悬垂11与球形外壳刚性连接，所述悬垂11的延长线过球形外壳的球心，所述悬垂11与磁针相互垂直，所述球形外壳表面设置有倾角刻度线9，所述中央隔板I为圆环形，所述中央隔板⑴的中间平面⑷通过球形外壳的球心，所述中央隔板⑴设置在内壁和外壁之间，并与框架3可转动连接，且其转轴与磁针的转轴重合，所述中央隔板I的重心与其几何中心不重合，所述中央隔板I上设置有角度刻度，所述中央隔板I上还设置有倾向指示针⑶，倾向指示针⑶与中央隔板⑴重心到中央隔几何中心的连线的夹角为180度，中央隔板I上的角度刻度以倾向指示针5的角位置为O刻度位置，亥Ij度值沿逆时针方向递增。3.如权利要求2所述的重心式结构面产状测量仪器，其特征在于:在框架3的内壁或者外壁上设置有推力轴承12，所述中央隔板I通过推力轴承12与框架3可转动连接。4.如权利要求2所述的重心式结构面产状测量仪器，其特征在于:在框架3的上方还设置有放大镜6。

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