岩石变形测量装置及岩石测量设备

摘要

本发明公开了岩体变形测量装置及岩石测量设备，涉及岩石测量技术领域。一种岩体变形测量装置，包括锚固头、拉绳、多个测量组件和多个连接组件，锚固头连接于拉绳的端部，并且拉绳依次穿过多个测量组件，并且测量组件能收起拉绳以减小两个相邻测量组件之间的拉绳的长度，或者测量组件能放出拉绳以增大两个相邻测量组件之间拉绳的长度，相邻的两个测量组件分别连接于连接组件的两端，锚固头与相邻的测量组件之间连接一个连接组件，并且连接组件能选择性地伸长或者缩短。一种岩石测量设备，其采用了上述的岩石变形测量装置。本发明提供的岩石变形测量装置及岩石测量设备能实现岩体深部不同点间的变形测量，完成围岩径向变形测量任务。

说明书

技术领域

本发明涉及岩石测量技术领域，具体而言，涉及岩石变形测量装置及岩石测量设备。

背景技术

地下工程围岩径向位移是围岩开挖力学相应的最直接参量，径向位移一直是围岩稳定性预测、评价和控制的主要依据。岩体在不同的围岩径向深度应力场的分布不同，破坏方式与变形特性随深部发生变化。因此，对于岩体内部径向深部变形的测量对于岩体变形规律的研究以及岩体变形控制设计至关重要。

现有的测量实现方式中，分别采用多点位移计、滑动测微计、三维激光扫描以及收敛计来测量岩体的变形情况。其中，多点位移计通过将不同长度位移传递杆锚固在岩体不同深度处，由孔口支座传感器测量不同深度锚固点与孔口的相对位移，继而计算出岩体不同深度位置相对于最深锚固点的位移。限于钻孔大小、支座大小、传递杆变形等问题，多点位移计一般分为3点式、4点式和5点式，点距较大，无法精细地获得岩体内部变形，且仪器埋设费用较高，施工时间长，安装技术要求高，仅用于重大工程的关键部位或进行科研实验工作，难以进行大批量的生产性安装。

滑动测微计。每次测量需搭设支架，人工推进探头，测试条件要求高，测试技术复杂，测试操作时间长，无法实现高频率监测，仪器非常昂贵，工程中很少使用，仅在科学试验研究中应用。

三维激光扫描技术是利用激光测距的原理，通过高速激光扫描测量的方法对整个空间进行三维测量，获取被测对象表明的三维坐标数据，记录目标物体的表面三维坐标、反射率和纹理信息。测量过程中人为架设三维激光扫描仪，待测量结束后回收仪器获取数据，测量周期及数据频率完全依赖人力，无法实现固定周期、高频率测量及实现数据采集的自动化，无法测量岩体深部位移。

收敛计仅能测量到隧洞围岩的表面变形，无法获取岩体深部变形量，同时受工程施工干扰较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种岩石变形测量装置，其能自由布设测点数、测量点间的距离、控制测量深度，实现岩体深部不同点间的变形测量，完成围岩径向变形测量任务。

本发明的另一目的在于提供一种岩石测量设备，其能自由布设测点数、测量点间的距离、控制测量深度，实现岩体深部不同点间的变形测量，完成围岩径向变形测量任务。

本发明提供一种技术方案：

一种岩体变形测量装置，包括锚固头、拉绳、多个测量组件和多个连接组件，所述锚固头连接于所述拉绳的端部，并且所述拉绳依次穿过多个所述测量组件，并且所述测量组件能收起所述拉绳以减小两个相邻所述测量组件之间的所述拉绳的长度，或者所述测量组件能放出所述拉绳以增大两个相邻所述测量组件之间所述拉绳的长度，相邻的两个所述测量组件分别连接于所述连接组件的两端，所述锚固头与相邻的所述测量组件之间连接一个所述连接组件，并且所述连接组件能选择性地伸长或者缩短。

进一步地，所述测量组件包括容置腔体、位移传感器和电源件，所述位移传感器和所述电源件均设置于所述容置腔体内部，并且所述电源件与所述位移传感器电连接，所述拉绳穿过所述容置腔体，并且所述拉绳连接于所述位移传感器，所述位移传感器能收起或者放出所述拉绳，位于所述拉绳远离所述锚固头一端的所述容置腔体内部还设置有数据采集装置，所述数据采集装置与所述电源件电连接，并且所述数据采集装置与多个所述位移传感器电连接。

进一步地，所述位移传感器上设置有卷扬器，所述卷扬器转动连接于所述位移传感器，所述拉绳连接于所述卷扬器，所述卷扬器能相对所述位移传感器转动并带动所述拉绳绕设于所述卷扬器以收起所述拉绳，或者带动所述拉绳脱离所述卷扬器以放出所述拉绳。

进一步地，所述容置腔体外侧设置有稳固结构，所述稳固结构凸设于所述容置腔体外侧，并且所述稳固结构沿螺旋线延伸。

进一步地，所述容置腔体包括容置主体和两个导向端，所述容置主体内部开设有容置腔，所述位移传感器、所述电源件和所述数据采集装置均设置于所述容置腔内部，两个所述导向端分别设置于所述容置主体的两端，并且所述导向端的截面面积自靠近所述容置主体一端至远离所述容置主体一端逐渐减小。

进一步地，所述连接组件包括滑动套筒和两个连接件，所述连接件的一端连接于所述测量组件或者所述锚固头，所述连接件的另一端自所述套筒端部伸入所述套筒内部，并且所述连接件能沿所述滑动套筒滑动。

进一步地，所述套筒包括滑筒主体和两个限位件，所述滑筒主体内部开设有滑道，两个所述限位件分别设置有所述滑道的两端，所述连接件穿过所述限位件伸入所述滑道，并且所述连接件滑动连接于所述滑道。

进一步地，所述限位件上开设有通孔，所述连接件穿过通孔伸入所述滑道，所述通孔的孔径小于所述滑道的孔径。

进一步地，所述连接件包括连接主体、限位块和两个连接杆，两个所述连接杆分别连接于所述连接主体的两端，并且两个所述连接杆的延伸方向与所述连接主体的延伸方向相同，其中一个所述连接杆伸入所述容置主体内部，所述限位件连接于伸入所述滑动套筒内部的所述连接杆远离所述连接主体的端部，另一个所述连接件连接于所述锚固头或者所述测量组件。

一种岩石测量设备，包括岩体变形测量装置。所述岩体变形测量装置包括锚固头、拉绳、多个测量组件和多个连接组件，所述锚固头连接于所述拉绳的端部，并且所述拉绳依次穿过多个所述测量组件，并且所述测量组件能收起所述拉绳以减小两个相邻所述测量组件之间的所述拉绳的长度，或者所述测量组件能放出所述拉绳以增大两个相邻所述测量组件之间所述拉绳的长度，所述连接组件的两端分别连接于相邻的两个所述测量组件，所述锚固头与相邻的所述测量组件之间连接一个所述连接组件，并且所述连接组件能选择性地伸长或者缩短。

相比现有技术，本发明提供的岩石变形测量装置及岩石测量设备的有益效果是：

本发明提供的岩石变形测量装置及岩石测量设备中通过拉绳连接锚固头和多个测量组件，并且在锚固头和相邻的测量组件之间和相邻的两个测量组件之间均设置可伸长或缩短的连接组件，使得在将锚固头锚固于围岩深处时，能通过两个相邻的测量组件收起或者放出拉绳以及连接组件的伸长或者缩短调节测量组件相对于锚固头的位置，以及调节两个相邻的测量组件之间的距离，即能实现自由布设测点数、测量点间的距离、控制测量深度，实现岩体深部不同点间的变形测量，实现岩体深部径向不同点间的变形测量，实现岩体沿着径向不同深部变形量的测量，同时可布置多个测点及布置测距，有利于提高围岩变形测量的效率，降低测量成本，完成围岩径向变形测量任务。并且，结构简单、安装方便且很大程度降低测量费用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的第一实施例提供的岩石变形测量装置的结构示意图；

图2为图1中II处的放大结构示意图；

图3为图1中III处的放大结构示意图；

图4为本发明的第一实施例提供的岩石变形测量装置局部的剖视图。

图标：10-岩石变形测量装置；100-测量组件；110-容置腔体；111-容置主体；112-导向端；113-稳固结构；120-位移传感器；130-电源件；140-数据采集装置；141-数据线；200-连接组件；210-连接件；211-连接主体；212-连接杆；213-限位块；220-滑动套筒；221-滑筒主体；222-滑道；223-限位件；224-通孔；300-拉绳；400-锚固头。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

第一实施例

请参阅图1，本实施例中提供了一种岩石变形测量装置10，其用于埋设于围岩深部并测量围岩的径向位移，即测量围岩岩体在不同的围岩径向深度应力场的分布。岩石变形测量装置10能自由布设测点数、测量点间的距离、控制测量深度，实现岩体深部不同点间的变形测量，完成围岩径向变形测量任务。

岩石变形测量装置10包括锚固头400、拉绳300、多个测量组件100和多个连接组件200。锚固头400连接于拉绳300的端部，并且拉绳300依次穿过多个测量组件100，锚固头400和多个测量组件100依次连接于拉绳300，以通过拉绳300避免锚固头400和多个测量组件100之间脱离，保证测量的稳定性。其中，锚固头400用于放置于围岩深部并采用砂浆进行锚固，以使得锚固头400能稳固的连接于围岩深部，避免在测量过程中整个岩石变形测量装置10发生移动造成测量的偏差。另外，测量组件100能收起拉绳300以缩短两个相邻的测量组件100之间的拉绳300的长度，即能减小两个相邻的测量组件100之间的距离；测量组件100能放出拉绳300以增大两个相邻测量组件100之间的拉绳300的长度，即能通过拉动拉绳300增加两个相邻的测量组件100之间的距离。通过上述的方式则能实现调节两个相邻的测量组件100之间的距离的目的，即能自由布设测点数、测量点间的距离、控制测量深度，实现岩体深部不同点间的变形测量。相邻的两个测量组件100分别连接于连接组件200的两端，锚固头400与相邻的测量组件100之间连接一个连接组件200，并且连接组件200能选择性地伸长或者缩短，以使得在通过测量组件100收起或者放出拉绳300时能通过连接组件200保证锚固头400和多个测量组件100相互之间的距离调节的顺畅性和稳定性。

请结合参阅图1和图2，在本实施例中，测量组件100包括容置腔体110、位移传感器120和电源件130。位移传感器120和电源件130均设置于容置腔体110内部，并且电源件130和位移传感器120电连接。即，其中通过位移传感器120检测测量组件100的移动距离，即能测得围岩的径向位移，便能测得围岩岩体的变形量。其中，电源件130向位移传感器120提供电能，以保证位移传感器120稳定的工作。

进一步地，拉绳300穿过容置腔体110，并且拉绳300连接于位移传感器120，位移传感器120能收起或者放出拉绳300。

在本实施例中，位移传感器120上设置有卷扬器(图未示)，拉绳300连接于卷扬器，卷扬器转动连接于位移传感器120，通过卷扬器相对位移传感器120的转动，则能带动拉绳300绕设于卷扬器上以实现拉绳300的收起，或者带动拉绳300脱离卷扬器以放出拉绳300。其中，卷扬器可以是连接于电源件130，以通过电源件130向卷扬器提供电能使得卷扬器能相对位移传感器120转动并带动拉绳300。或者，能在卷扬器的转动中心设置扭簧(图未示)，以使得卷扬器具有相对位移传感器120转动并带动拉绳300绕设于卷扬器上的趋势，即能通过施加外力拉动拉绳300，便能带动卷扬器转动并使得扭簧产生弹性形变，此时能增长两个相邻的测量组件100之间的距离，此时可以通过设置固定件(图未示)将测量组件100固定以使得两个测量组件100之间的距离能保持稳定，当松开固定件，通过扭簧的弹性回复力则能使得卷扬器转动并带动拉绳300绕设于卷扬器，能收起拉绳300，即能实现两个测量组件100之间距离的缩短。

需要说明的是，在本实施例中，位于拉绳300上远离锚固头400一端的容置腔体110内部还设置有数据采集装置140，数据采集装置140与电源件130电连接，并且数据采集装置140与多个位移传感器120电连接。其中，通过在端部的容置腔体110中设置数据采集装置140收集多个位移传感器120中采集的每个测量组件100的位移距离信息，以便于数据的集中收集处理。其中，电源件130向数据采集装置140提供电能，以保证数据采集装置140能稳定地工作。

在本实施例中，岩石变形测量装置10还包括一条数据线141，数据线141的一端连接于数据采集装置140，并且数据线141依次穿过多个测量装置，并且连接于多个容置腔体110内部的多个位移传感器120，以使得能通过数据线141能将位移传感器120采集的位移数据发送至数据采集装置140进行收集处理。

容置腔体110外侧设置有稳固结构113，稳固结构113凸设于容置腔体110外侧，并且稳固结构113沿螺旋线延伸。在本实施例中，容置腔体110包括容置主体111和两个导向端112。容置主体111呈圆柱形，稳固结构113则凸设于容置主体111的外侧，并且稳固结构113的延伸方向所在的螺旋线的轴线与容置主体111的轴线共线。两个导向端112分别连接于容置主体111的两端，并且导向端112的截面面积自靠近容置主体111一端至远离容置主体111的一端逐渐减小，并且导向端112呈圆台状，以使得通过导向端112的设置，便于通过导向端112对位于围岩岩孔的入口，以便于将岩石变形测量装置10伸入围岩深部。

请结合参阅图1、图3和图4，连接组件200包括滑动套筒220和两个连接件210，连接件210的一端连接于测量组件100或者锚固头400，连接件210的另一端自滑动套筒220的端部伸入至滑动套筒220内部。在本实施例中，连接件210的延伸方向与测量组件100的排列方向相同，并且连接件210的轴线与滑动套筒220的轴线共线。进一步地，连接件210能沿滑动套筒220滑动，即在本实施例中，连接件210能相对滑动套筒220滑动并使得连接件210伸入滑动套筒220的长度伸长以缩短连接组件200的长度，或者使得连接件210伸入滑动套筒220的长度减小以增长连接组件200的长度。

即，在本实施例中，通过相邻的两个测量组件100之间的两个连接件210相对滑动套筒220滑动并调节连接件210伸入至滑动套筒220中的长度以调节连接组件200的长度，便于调节两个相邻的测量组件100之间的距离。

在本实施例中，滑动套筒220包括滑筒主体221和两个限位件223，滑筒主体221内部开设有滑道222，两个限位件223则分别设置于滑道222的两端，练级诶见穿过限位件223伸入滑动，并且连接件210滑动连接于滑道222。其中，连接件210能沿滑道222滑动，并且能通过滑道222两端的限位件223对连接件210提供限位作用以避免连接件210脱离滑道222，避免多个测量组件100之间的连接关系相脱离，保证能进行稳定的测量工作。

进一步地，在本实施例中，限位件223上开设有通孔224，并且通孔224的轴线和滑道222的轴线共线，以使得连接件210能顺畅地沿滑道222和通道滑动。另外，通孔224的孔径小于滑道222的孔径，以使得连接件210在滑动至滑道222的端部时，能通过限位件223抵持连接件210并对连接件210提供限位作用。

其中，连接件210包括连接主体211、限位块213和两个连接杆212，两个连接杆212分别连接于连接主体211的两端，并且两个连接杆212的延伸方向与连接主体211的延伸方向相同。其中一个连接件210伸入滑动套筒220内部，限位块213则连接于伸入滑动套筒220内部的连接件210的端部。在本实施例中，连接杆212的直径于通孔224的孔径相适配，以使得连接杆212能沿通孔224滑动；并且，限位块213呈圆柱形，限位块213的直径与滑道222的孔径相适配，即能使得限位块213在滑道222中滑动。在限位块213沿滑道222滑动至滑道222端部时，能通过限位块213与限位件223的抵持作用避免连接件210脱离滑道222。另外一个连接杆212则连接于锚固头400或者测量组件100，其中，连接杆212连接于导向端112。

需要说明的是，在本实施例中，连接杆212上开设有外螺纹，锚固头400、导向端112和限位块213上均设置有与外螺纹相适配的螺纹孔(图未示)，即锚固头400、导向端112和限位块213均与连接杆212通过螺纹连接的方式连接。应当理解，在其他实施例中，锚固头400、导向端112和限位块213与连接杆212的连接方式可以采用其他方式，例如卡扣连接或者过盈配合等方式。

本实施例中提供的岩石变形测量装置10通过拉绳300连接锚固头400和多个测量组件100，并且在锚固头400和相邻的测量组件100之间和相邻的两个测量组件100之间均设置可伸长或缩短的连接组件200，使得在将锚固头400锚固于围岩深处时，能通过两个相邻的测量组件100收起或者放出拉绳300以及连接组件200的伸长或者缩短调节测量组件100相对于锚固头400的位置，以及调节两个相邻的测量组件100之间的距离，即能实现自由布设测点数、测量点间的距离、控制测量深度，实现岩体深部不同点间的变形测量，实现岩体深部径向不同点间的变形测量，实现岩体沿着径向不同深部变形量的测量，同时可布置多个测点及布置测距，有利于提高围岩变形测量的效率，降低测量成本，完成围岩径向变形测量任务。并且，结构简单、安装方便且很大程度降低测量费用。

第二实施例

本实施例中提供了一种岩石测量设备(图未示)，其采用了第一实施例中提供的岩石变形测量装置10。岩石测量设备能自由布设测点数、测量点间的距离、控制测量深度，实现岩体深部不同点间的变形测量，完成围岩径向变形测量任务。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。