專利名稱：鉆孔測斜和軸向變形三維共線測量環的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及巖土工程穩定性，更具體涉及巖土工程鉆孔三維變形的觀測。
背景技術：
巖體深部三維變形規律是巖土工程穩定性的重要指標，在工程實施的過程中，一般根據鉆孔橫向位移及軸向變形的測量數據，經計算分析來摸清巖體三維變形的規律，為巖土工程施工安全及日后的運行安全提供重要科學依據。
測斜儀是用于測量沿巖體鉆孔兩個正交水平方向的橫向位移的專用儀器。該儀器的主體為長筒形，有一連桿穿過長筒中心，連桿的兩端裝有滑輪。用測斜儀測量沿鉆孔兩個正交水平方向的橫向位移時，必須在鉆孔的內壁安裝測斜儀專用的測斜管，該測斜管內壁有兩對沿孔周均勻分布，并沿測斜管軸線方向全長通過的滑槽，供測斜儀的兩個滑輪卡入任一對滑槽滑行使用。當測斜儀在鉆孔中沿一對滑槽滑行時，測取該對滑槽方向的橫向位移；當測斜儀沿另一對滑槽滑行時，測取與前一方向垂直的橫向位移。
隨著測斜儀的發展，該儀器有不同的生產廠家和不同的型號，雖然測斜儀有許多種，其內部結構和測量精度有所不同，但對測斜儀使用的專用測斜管的內徑及滑槽的要求則是完全相同的。因此，現有測斜管的尺寸大小和形狀已成為行業的通行標準，適用所有的測斜儀。即測斜儀滑輪的寬度及現有測斜儀使用的專用測斜管滑槽的槽底間距是固定的。
滑動變形計是用于測量沿巖體鉆孔軸線方向縱向變形的專用儀器。該儀器由變形計主體、連接頭和導向鏈組成。變形計主體的外形為圓柱體，其兩端各套一個側面帶有四個滑槽的柱形測量頭，兩個測量頭同一方向的端面為球面，導向鏈由五節矩形環套接組成，變形計主體和導向鏈之間通過連接頭連接，并可使變形計主體與導向鏈之間相對旋轉45°。現有滑動變形計導向鏈的尺寸大小和形狀已成為行業的通行標準，適用所有的滑動變形計。即滑動變形計導向鏈的厚度、滑動變形計導向鏈的寬度和滑動變形計測量頭球面均是固定的。
用滑動變形計測量鉆孔軸線方向的縱向變形時，必須在鉆孔的內壁安裝塑料管段，各段塑料管間用滑動變形計專用的測量環連接，構成滑動變形計測量線。測量環的內壁按90度均布四個滑槽，使環的橫剖面形成十字瓣形分布的四個突臺。突臺表面為錐面，槽寬與變形計導向鏈厚度匹配，而一對槽底之間的距離與導向鏈的寬度匹配。
測量環的作用是使滑動變形計能在鉆孔中定向滑動或使測量頭的球面與測量環的錐面貼緊，以便測量。
現有巖體鉆孔三維變形監測主要有以下兩種方法第一種為雙孔監測即在巖體需測部位打兩個鉆孔，在兩個鉆孔中分別使用測斜儀和滑動變形計，測量沿鉆孔兩個垂直直徑方向的橫向位移和沿鉆孔軸線方向的縱向變形。
該方法之所以需要打兩個鉆孔，是因為測斜儀和滑動變形計是相互獨立開發的，供測斜儀使用的專用測斜管和供滑動變形計使用的專用測量線兩者不能兼容，無法交叉使用。其不足之處在于，監測一個部位的巖體三維變形要打兩個鉆孔和布設兩條測量線，使工作量及監測費用成倍增加。
第二種為單孔監測即在巖體需測部位打一個鉆孔，用三向鉆孔變形計同時測量鉆孔的橫向位移和軸向變形。該方法的優點是進行巖體三維變形監測只需打一個鉆孔和布設一條測量線，使現場施工工作量減少一半。其不足之處在于，三向變形計的內部結構復雜，價格十分昂貴，以至于現在人們寧可采用雙孔監測的方法，也極少購買三向變形計。
發明內容
本實用新型的目的是，提供一種鉆孔測斜和軸向變形三維共線測量環，該測量環與現有測斜儀使用的專用測斜管組成的測量線，能供測斜儀和滑動變形計分別使用，即在一個鉆孔中能用測斜儀和滑動變形計分別測量沿鉆孔兩個正交水平方向的橫向位移和沿鉆孔軸線方向的縱向變形。
為了達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案鉆孔測斜和軸向變形三維共線測量環為硬質材料制成的圓環，環的內壁有四個均布的兩對導向鏈滑槽，導向鏈滑槽的寬度與滑動變形計導向鏈的厚度匹配，各對導向鏈滑槽的槽底間距與滑動變形計導向鏈的寬度匹配，導向鏈可沿三維共線測量環的導向鏈滑槽定向滑行；四個導向鏈滑槽形成十字瓣形分布的四個突臺，突臺的表面為向內窩進的錐面，該錐面與滑動變形計測量頭的球面匹配；在每個導向鏈滑槽的底部沿中心線開一個測斜儀滑槽，測斜儀滑槽的寬度與測斜儀滑輪的厚度匹配，各對測斜儀滑槽的槽底間距與現有測斜儀使用的專用測斜管相應滑槽的槽底間距相同，測斜儀可沿三維共線測量環的測斜儀滑槽定向通過。
用鉆孔測斜和軸向變形三維共線測量環與測斜管結合，可形成三維變形共線測量孔，具體方法如下將兩段現有測斜儀使用的專用測斜管的滑槽分別從三維共線測量環的兩端與三維共線測量環的測斜儀滑槽對齊，用專用接頭將其固緊；測斜管未同三維共線測量環連接的一端與另一三維共線測量環的滑槽對齊，并在三維共線測量環的另一端與另一測斜管的滑槽對齊，用專用接頭將其固緊；重復上述步驟，直至布滿鉆孔全長，然后在孔壁與測斜管之間灌滿砂漿，砂漿固結后便形成三維變形共線測量孔。該三維變形共線測量孔可供測斜儀和滑動變形計分別使用，實現單孔三維巖體變形監測。
本實用新型與現有技術相比具有如下優點1、用本實用新型與現有測斜儀使用的專用測斜管結合，形成的三維變形共線測量孔，即可監測鉆孔的軸向變形，也可監測鉆孔的橫向位移，還可監測鉆孔的三維變形，給巖體工程變形監測方案布置設計帶來方便。
2、使用本實用新型，能使測斜儀和滑動變形計的三維巖體變形監測由雙孔監測簡化為單孔監測，使鉆孔量與測線布置量減半。
3、用較低成本實現三向變形計的功能。
圖1為鉆孔測斜和軸向變形三維共線測量環的正視圖。
圖2為鉆孔測斜和軸向變形三維共線測量環的剖視圖。
其中1為導向鏈滑槽、2為測斜儀滑槽、3為突臺、4為錐面。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步的說明。
由圖1可知，鉆孔測斜和軸向變形三維共線測量環為外徑70毫米、內徑42毫米、厚度23毫米用鋼材、硬質鋁合金、硬質塑料等硬質材料制成的圓環，環的內壁有四個均勻分布寬20毫米，深9毫米的兩對導向鏈滑槽1，導向鏈滑槽1的寬度正好與滑動變形計導向鏈的厚度匹配，各對導向鏈滑槽1的槽底間距正好與滑動變形計導向鏈的寬度匹配，導向鏈可沿三維共線測量環的導向鏈滑槽1定向滑行；四個導向鏈滑槽1形成十字瓣形分布的四個突臺3，突臺3的表面為向內窩進的錐面4，該錐面4與滑動變形計測量頭的球面匹配；在每個導向鏈滑槽1的底部沿中心線開一個寬度為5毫米、深度為2毫米的測斜儀滑槽2，測斜儀滑槽2的寬度正好與測斜儀滑輪的厚度匹配，各對測斜儀滑槽的槽底間距與現有測斜儀使用的專用測斜管相應滑槽的槽底間距相同，測斜儀可沿三維共線測量環的測斜儀滑槽定向通過。
用鉆孔測斜和軸向變形三維共線測量環與測斜管結合，可形成三維變形共線測量孔，具體方法如下將兩段現有測斜儀使用的專用測斜管的滑槽分別從三維共線測量環的兩端與三維共線測量環的測斜儀滑槽對齊，用專用接頭將其固緊；測斜管未同三維共線測量環連接的一端與另一三維共線測量環的滑槽對齊，并在三維共線測量環的另一端與另一測斜管的滑槽對齊，用專用接頭將其固緊；重復上述步驟，直至布滿鉆孔全長，然后在孔壁與測斜管之間灌滿砂漿，砂漿固結后便形成三維變形共線測量孔。該三維變形共線測量孔可供測斜儀和滑動變形計分別使用，實現單孔三維巖體變形監測。
權利要求1.鉆孔測斜和軸向變形三維共線測量環，其特征在于，該三維共線測量環為硬質材料制成的圓環，環的內壁有四個均布的兩對導向鏈滑槽(1)，導向鏈滑槽(1)的寬度與滑動變形計導向鏈的厚度匹配，各對導向鏈滑槽(1)的槽底間距與滑動變形計導向鏈的寬度匹配；四個導向鏈滑槽(1)形成十字瓣形分布的四個突臺(3)，突臺(3)的表面為向內窩進與滑動變形計測量頭球面匹配的錐面(4)，在每個導向鏈滑槽的底部沿中心線開一個測斜儀滑槽(2)，測斜儀滑槽(2)的寬度與測斜儀滑輪的厚度匹配，各對測斜儀滑槽(2)的槽底間距與現有測斜儀使用的專用測斜管相應滑槽的槽底間距相同。
2.根據權利要求1所述的鉆孔測斜和軸向變形三維共線測量環，其特征在于，所述的圓環采用鋼材、硬質鋁合金、硬質塑料，其外徑為70毫米、內徑為42毫米、厚度為23毫米，所述的導向鏈滑槽(1)寬20毫米、深9毫米，所述的測斜儀滑槽(2)寬5毫米、深2毫米。
專利摘要本實用新型公開了一種鉆孔測斜和軸向變形三維共線測量環，涉及巖土工程鉆孔三維變形的觀測。該測量環采用擴大現有滑動變形計專用測量環的外徑，使該外徑與現有測斜儀使用的專用測斜管匹配，并在滑動變形計專用測量環滑槽(1)的底部沿中心線開一個小槽作為測斜儀滑槽(2)。本實用新型與現有技術相比具有如下優點用本實用新型與現有測斜儀使用的專用測斜管結合形成的三維變形共線測量孔，即可監測鉆孔的軸向變形，也可監測鉆孔的橫向位移，還可監測鉆孔的三維變形，給巖體工程變形監測方案布置設計帶來方便；能使測斜儀和滑動變形計的三維巖體變形監測由雙孔監測簡化為單孔監測，使鉆孔量與測線布置量減半；用較低成本實現三向變形計的功能。
文檔編號G01B5/30GK2665663SQ200320116279
公開日2004年12月22日 申請日期2003年12月10日 優先權日2003年12月10日
發明者葛修潤, 朱祚鐸, 王水林, 王浩, 覃衛民 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所