一种现场岩体结构面张开与剪切变形长期监测装置

摘要

一种现场岩体结构面张开与剪切变形长期监测装置包括方形脚标、T形脚标、游标板；方形脚标上设有固定主尺；所述T形脚标上设有方形孔道，方形孔道上端设有副主尺，所述游标板包括第一游标板、第二游标板，第一游标板套设在固定主尺上，所述第二游标板设在固定主尺穿过方形孔道的一端上，所述第一游标板上设有第一游标，所述第二游标板上设有第二游标。本发明装置采用纯机械化，克服了野外复杂环境对监测装置的影响，采用滚动轴与滑动滚珠连接，避免了野外岩体结构面变形监测的单一性，更是克服了野外复杂环境下岩体结构面变形监测时间上的局限性。

权利要求

1.一种现场岩体结构面张开与剪切变形长期监测装置，其特征是：所述监测装置包括方形脚标（1）、T形脚标（2）、游标板；

所述方形脚标（1）上设有固定主尺（3）；

所述T形脚标（2）上设有方形孔道（10），方形孔道（10）上端设有副主尺（4），所述游标板包括第一游标板（12）、第二游标板（9），第一游标板（12）套设在固定主尺（3）上，所述第二游标板（9）设在固定主尺（3）穿过方形孔道（10）的一端上，所述第一游标板（12）上设有第一游标（7），所述第二游标板（9）上设有第二游标（8）；

在所述T形脚标（2）上设有方形孔道（10）二端开口的边缘分别设有第二圆形单环道（13）、第一圆形单环道（14），在所述的第二圆形单环道（13）与所述的第一圆形单环道（14）内分设多个滑动滚珠（11）；

所述第一游标板（12）和所述第二游标板（9）分别设有与滑动滚珠（11）连接的连接件，每个所述的连接件连接一个滑动滚珠（11）；

连接杆包括连接第一游标板（12）或第二游标板（9）的大滚动轴（15），在所述大滚动轴（15）的非连接端设有小滚动轴（16），所述小滚动轴（16）通过套筒（17）与滑动滚珠（11）连接。

说明书

一种现场岩体结构面张开与剪切变形长期监测装置

技术领域

[0001] 本发明实用岩体岩体结构面的变形监测，尤其是一种可用于在野外长期复杂环境下岩体结构面张开变形与剪切变形的监测装置。

背景技术

[0002] 我国已先后修建了数量众多的各类水利水电工程，随着这些大型或巨型水库的出现，会打破库区多年来自然形成的平衡状态，特别是地表水和地下水环境的重大变化，导致库区边坡岩体结构面的变形。自然界的岩体结构面往往存在节理、裂隙等大量微观或宏观的缺陷，水库蓄水后，水分子的入渗和出渗，不仅会导致岩体力学参数劣化，而且也会逐渐改变微观结构的变化，促进岩体结构面新生节理、裂隙的产生和节理、裂隙的发育。同时，岩体结构面中节理、裂隙在地应力的作用下承受着挤压、张开和剪切等变形，岩体的结构面变形处是应力释放或集中的关键部位，其性质往往控制着整个岩体结构的稳定，也是决定库区边坡稳定性的关键所在，另一方面，相对于低渗透性的完整岩石本身，岩体结构面中的节理、裂隙网络通常主导着地下水的运移方向，而且，岩体结构面节理、裂隙形成的水岩自由接触面也是地球化学反应的主要发生场所，节理、裂隙的存在极大的影响了岩体结构内部的应力场、渗流场及地球化学反应的进行。

[0003] 水库蓄水后，为了防洪、发电等运行调度的要求，库水位往往需要在一定范围内反复升降变化，在两岸形成消落带。消落带是库岸边坡的敏感地带，在库水大幅度涨落的条件下，消落带部分岩土体周期性处于疏干和饱和交替的动态，地下水时而受库水补给，时而排出，使库岸边坡部分岩土体处于浸泡-风干的交替动态。图1是三峡库区库岸边坡消落带岩体结构面破坏图，从2008年试验性蓄水以来，从图中可以看出，在145m～175m消落带区域，几乎不存在植被，岩体结构面的节理、裂隙充分发育，张开度较大，呈分层崩解、破碎趋势，而且这种破坏呈渐进发展趋势，说明库岸边坡裂隙岩体在水-岩作用下的损伤劣化效应非常明显。而岩体结构面的发育将直接影响库岸边坡的变形稳定，很可能使前期稳定的库岸边坡向不稳定方向发展，所以岩体结构面的变形监测对库区岩体工程研究非常重要。在长期库水作用下，一方面结构面开度会增加，另一方面在荷载和库水作用下，会沿着结构面发生剪切变形，因此，对节理岩体的结构面张开变形和剪切变形进行现场监测进而为岸坡变形稳定提供基础数据显得尤为重要。

[0004] 目前，野外岩体结构面的变形监测方法有许多种，精密仪器及电子监测装置试验的成本高、实施难度比较大，难以满足野外监测的复杂环境（如库岸边坡库水位的升降）。库岸边坡岩体结构面的变形监测对于库岸边坡稳定性研究具有重要意义，而现有的测量装置难以适用于野外的复杂环境，以及对岩体结构面张开与剪切两个方向的变形进行监测。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种现场岩体结构面张开与剪切变形长期监测装置，可以解决环境复杂、无法同时考虑张开与剪切两个方向的变形影响问题，实现在复杂环境下，对岩体结构面张开与剪切变形的双向监测。

[0006] 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种现场岩体结构面张开与剪切变形长期监测装置，包括采用螺栓通过方形脚标和T形脚标预留孔将检测装置固定安装在结构面两侧，方形脚标上垂直固定一个主尺，游标板滑动套接在主尺上，并与T形脚标滑动连接。T形脚标顶部固定安装另一个主尺，并在T形脚标中间设有主尺穿过的方形孔道，T形脚标中下方内外两侧分别设有圆形环道，每个圆形环道中间放置若干滑动滚珠，每个滑动滚珠通过滚动轴分别与游标板连接；

[0007] 岩体结构面变形监测装置中，游标固定在游标板上，游标板与大滚动轴连接，滑动滚珠与小滚动轴连接，大滚动轴和小滚动轴采用套筒连接。

[0008] 本发明具有结构简单，操作方便，适合野外复杂的环境，监测精度高且稳定性较好的特点。本发明提供的野外岩体结构面张开与剪切变形长期监测装置，实现了多杆测量，监测装置中通过滑动滚珠与游标的连接，实现了对岩体结构面张开和剪切两个方向变形的监测；而且滑动滚珠与游标之间的滚动轴采用套筒连接，避免了岩体结构面在剪切变形时影响装置的稳定性，解决了岩体结构面监测装置因环境影响而产生的读数漂移不精确以及对装置本身的破坏等问题，保证了岩体结构面监测结果的准确性。同时裂缝监测装置采用全机械化，避免野外复杂环境对监测结果带来的不利影响。

附图说明

[0009] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

[0010] 图1为典型库岸边坡消落带岩体结构面现状照片。

[0011] 图2为本发明的岩体结构面张开变形与剪切变形示意图

[0012] 图3为本发明的岩体结构面监测装置安装布孔示意图。

[0013] 图4为本发明的岩体结构面监测装置安装示意图。

[0014] 图5为本发明的野外岩体结构面变形长期监测装置示意图。

[0015] 图6为本发明的岩体结构面变形监测装置剖面示意图。

[0016] 图7为本发明的岩体结构面的张开变形监测装置示意图。

[0017] 图8为本发明的岩体结构面的剪切变形监测装置示意图。

[0018] 图9为本发明的岩体结构面张开变形装置游标示意图。

[0019] 图10为本发明的岩体结构面剪切变形装置游标示意图。

[0020] 图11为本发明的滚动轴与滑动滚珠示意图。

[0021] 图12为本发明的岩体结构面变形监测装置左侧示意图。

[0022] 图13为本发明的岩体结构面变形监测装置右侧示意图。

[0023] 如图中，方形脚标1、T形脚标2、固定主尺3、副主尺4、第一游标7、第二游标8、第二游标板9、方形孔道10、滑动滚珠11、第一游标板12、第二圆形单环道13、第一圆形单环道14、大滚动轴15、小滚动轴16、套筒17、预留孔18。

具体实施方式

[0024] 如图5、13所示，一种现场岩体结构面张开与剪切变形长期监测装置包括方形脚标1、T形脚标2、游标板，方形脚标1、T形脚标2上分别设有预留孔18，包括采用螺栓通过方形脚标1和T形脚标2上预留孔18将检测装置固定安装在结构面两侧；

[0025] 所述方形脚标1上设有固定主尺3；

[0026] 所述T形脚标2上设有方形孔道10，方形孔道10上端设有副主尺4；

[0027] 所述游标板包括第一游标板12、第二游标板9，如图9-10，第一游标板12套设在固定主尺3上，第二游标板9设在固定主尺3穿过方形孔道10的一端上（如图13所示），所述第一游标板12上设有第一游标7，所述第二游标板9上设有第二游标8。

[0028] 优选的，如图6中，在所述T形脚标2上设有方形孔道10二端开口的边缘分别设有第二圆形单环道13、第一圆形单环道14，

[0029] 在所述的第二圆形单环道13与所述的第一圆形单环道14内分设多个滑动滚珠11，所述第一游标板12和所述第二游标板9分别设有与滑动滚珠11连接的连接件，每个所述的连接件连接一个滑动滚珠11；

[0030] 如图11所示，连接杆包括连接第一游标板12或第二游标板9的大滚动轴15，在所述大滚动轴15的非连接端设有小滚动轴16，所述小滚动轴16通过套筒17与滑动滚珠11连接。，方形脚标上固定主尺3，游标7固定在游标板12上，游标板12套设于主尺3上，并与T形脚标2滑动连接。T形脚标2顶部固定主尺4，游标8固定在游标板9上，并与T形脚标2滑动连接，T形脚标2中间设有主尺3通过的方形孔道10，T形脚标2中下部内外两侧分别设有圆形单环道13与圆形单环道14。

[0031] 工作原理：

[0032] 测量装置安装，如图2所示选好，具有开口的岩石，在开口二侧如图3中，开凿好固定孔，如图4中，将方形脚标1、T形脚标2通过在其上预留孔18穿入螺杆的分设在开口二侧的岩石上，方形脚标1通过固定主尺3穿过T形脚标2的方形孔道10，

[0033] 第一游标板12与第二游标板9套嵌在固定主尺3上，第一游标板12与第二游标板9并通过连接杆（如图11所示）与T形脚标2滑动连接；

[0034] 第一游标板12与若干大滚动轴15连接，每个大滚动轴15分别与小滚动轴16采用套筒17相连接，小滚动轴16分别与每个滑动滚珠11连接,滑动滚珠11嵌于脚标2内侧的第一圆形单环孔道14中，第二游标板9与若干大滚动轴15连接，大滚动轴15与小滚动轴16通过套筒17连接，小滚动轴16与滑动滚珠11连接，滑动滚珠11嵌于T形脚标2外侧的第二圆形单环孔道13中；

[0035] 固定主尺3与副主尺4以毫米为单位，而第一游标7与第二游标8为五十分度格，即精度为0.02毫米，第一游标7固定在第一游标板12上，第二游标8固定在第二游标板9上，第一游标板12和第二游标板9与固定主尺3分别采用嵌套式连接；

[0036] 读数时首先以游标零刻度线为准在主尺上读取毫米整数，即以毫米为单位的整数部分。将游标上第几条刻度线与主尺的刻度线对齐的读数乘以0.02毫米，得到小数部分，再将游标刻度上的小数部分与主尺刻度上的整数部分相加，即为所监测的岩体结构面的变形宽度；

[0037] 使用时，岩体结构面的张开变形，带动方形脚标1与T形脚标2做水平张开运动，通过固定主尺3与第一游标7的读数监测岩体结构面的张开变形宽度；岩体结构面的剪切变形，带动T形脚标2做纵向移动，改变第二游标8所对应的副主尺4的刻度线位置，通过副主尺4与第二游标8的读数监测岩体结构面的剪切变形宽度。