CN104048609B - 非接触式岩体三维空间位移量监测方法 - Google Patents

非接触式岩体三维空间位移量监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非接触式岩体三维空间位移量监测方法。本发明的目的在于提供一种非接触式岩体三维空间位移量监测方法。本发明的特征在于以下步骤：A、将预先制作好的三个测量支架按三维坐标方向安装在被测岩体上；B、结合现场工程条件，选择并确定三个与测量支架对应的激光测距仪的安装位置，确保激光测距仪发出的激光束能无障碍地照射到对应测量支架的靶板上；C、分别使三台激光测距仪发出的激光束沿水平方向照射到对应的靶板上，然后固定好激光测距仪；D、启动监测设备，通过测量出的激光束长度变化量计算出被测岩体三维空间的位移量。本发明主要用于岩体三维空间位移量的非接触式监测。

Description

非接触式岩体三维空间位移量监测方法
技术领域
本发明涉及一种岩体位移量监测方法，尤其涉及一种非接触式岩体三维空间位移量监测方法。
背景技术
传统的岩体位移量监测方法是监测人员必须到岩体变形开裂危险区域去进行测量，这就增加了测量难度和安全隐患，通过本发明的方法可以将岩体三维空间的位移量转化为激光束方向的距离(长度)变化量，从而实现岩体三维空间位移量的非接触式监测，保证了监测人员的安全，实现了实时连续不间断的监测。本发明的方法适用于矿山、水电大坝、隧道等岩土工程领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非接触式岩体三维空间位移量监测方法，以实现矿山、水电大坝、隧道等岩土工程领域岩体三维空间位移量的非接触式监测。
为实现上述目的，本发明的特征在于以下步骤：
A、将预先制作好的三个测量支架按三维坐标方向安装在被测岩体上；
B、结合现场工程条件，选择并确定三个与测量支架对应的激光测距仪的安装位置，确保激光测距仪发出的激光束能无障碍地照射到对应测量支架的靶板上；
C、分别使三台激光测距仪发出的激光束沿水平方向照射到对应的靶板上，然后固定好激光测距仪；
D、启动监测设备，通过测量出的激光束长度变化量计算出被测岩体三维空间的位移量。
本发明的有益效果是：通过本发明的方法，可以将岩体三维空间的位移量转化为激光束方向的距离(长度)变化量，突破了监测人员必须到岩体变形开裂危险区域进行测量的常规做法，实现了非接触式测量和实时连续监测。本装置适应复杂环境的能力强、安装方便、结构简单，适用于矿山、水电大坝、隧道等岩土工程领域中人员不易接触或危险程度较高区域的岩体三维空间变形位移量的监测。
附图说明
图1是本发明三维空间(坐标)示意图。
图2是本发明测量支架靶板安装示意图。
图3是本发明测量支架结构示意图。
图中：1-第一激光测距仪，2-第二激光测距仪，3-第三激光测距仪，4-激光束，5-第一靶板，6-第二靶板，7-第三靶板，8-上支架，9-下支架，10-底座，11-靶板，12-螺钉。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明及其具体实施方式作进一步详细说明。
参见图1-3，本发明的特征在于以下步骤：
A、将预先制作好的三个测量支架按三维坐标方向安装在被测岩体上；
B、结合现场工程条件，选择并确定三个与测量支架对应的激光测距仪的安装位置，确保激光测距仪发出的激光束能无障碍地照射到对应测量支架的靶板上；
C、分别使三台激光测距仪发出的激光束沿水平方向照射到对应的靶板上，然后固定好激光测距仪；
D、启动监测设备，通过测量出的激光束长度变化量计算出被测岩体三维空间的位移量。
三个测量支架均固定在被测岩体上，能保证架子随着被测岩体的三维空间移动而移动，如架子布置在巷道内被测岩体上。
测量过程是：根据现场监测条件，在距离靶板80m左右的巷道平地上布置三台激光测距仪，保证激光测距仪布置固定，激光束以与地表水平面平行的方向照射到靶板上，三个靶板按图2的方式放置，岩体的三维位移将带动靶板移动，靶板移动将使激光束的长度发生变化，通过特殊放置的靶板，把岩体三维(上、下、前、后、左、右)位移的变化量(△X,△Y,△Z)转化为激光束长度的变化量(△L1，△L2，△L3)。
如图1所示，被测岩体的移动可具有三维坐标空间，即Z轴为上、下移动，Y轴为左、右移动，而X轴为前、后移动。
如图2所示，被测岩体上放置有三个带靶板的测量支架，它们分别通过激光束与对应的三个激光测距仪相连(即激光测距仪发出的激光束照射到支架的靶板上)，通过激光长度的变化量(△L1，△L2，△L3)计算出被测岩体三维空间的位移量(△X,△Y,△Z)。
三个靶板放置的特殊方式如下：第一靶板与X轴平行，与Y轴和Z轴呈45°夹角，第二靶板与X、Z轴平行，与Y轴呈90°夹角，第三靶板与Z轴平行，与X轴和Y轴呈45°夹角。
就第一靶板而言，激光束的长度变化量设为△L1，则被测岩体在三维空间沿Y轴与Z轴方向的位移量设为△Y,△Z，则有如下关系式成立：△L1＝△Y+△Z(1)式，(其中规定，激光束长度增加为正，减少为负；被测岩体沿坐标轴正方向移动为正，沿坐标轴负方向移动为负，以下类同)。
就第二靶板而言，激光束的长度变化量设为△L2，则被测岩体在三维空间沿Y轴方向的位移量设为△Y，则有如下关系式成立：△L2＝△Y(2)式。
就第三靶板而言，激光束的长度变化量设为△L3，则被测岩体在三维空间沿X轴与Y轴方向的位移量设为△X，△Y，则有如下关系式成立：△L3＝△X+△Y(3)式。
联合上述(1)、(2)、(3)式形成方程组，即
△L1＝△Y+△Z
△L2＝△Y (4)式
△L3＝△X+△Y
其中△L1、△L2和△L3为监测量，是已知量，△X，△Y，△Z为未知量。
通过方程组(4)式即可求出被测岩体在三维空间的位移量。
实施例：
假设在一段时间内，三个激光通道测得的激光束长度变化量△L1、△L2与△L3分别为-25mm、+15mm与+18mm，则根据方程组(4)式可得
△Y+△Z＝-25
△Y＝15
△X+△Y＝18
求得：△X，△Y，△Z分别为+3mm、+15mm与-40mm。
本装置仅适用于被测岩体在三维空间中的移动是平行的，即没有发生转动。或者被测岩体产生的转动位移量很小，对岩体位移测量值产生的误差在工程允许范围内。
附图中测量支架的靶板11即第一靶板5或第二靶板6或第三靶板7。

Claims (1)

1.一种非接触式岩体三维空间位移量监测方法，其特征在于所述监测方法包括以下步骤：
A、将预先制作好的三个带靶板的测量支架安装在被测岩体上，被测岩体的移动具有三维坐标空间，即Z轴为上、下移动，Y轴为左、右移动，X轴为前、后移动，三个靶板的放置方式为：第一靶板与X轴平行，与Y轴和Z轴呈45°夹角，第二靶板与X、Z轴平行，与Y轴呈90°夹角，第三靶板与Z轴平行，与X轴和Y轴呈45°夹角；
B、结合现场工程条件，选择并确定与三个测量支架一一对应的激光测距仪的安装位置，确保激光测距仪发出的激光束能无障碍地照射到对应测量支架的靶板上；
C、分别使三台激光测距仪发出的激光束沿与y轴平行的方向照射到对应的靶板上，然后固定好激光测距仪；
D、启动监测设备，通过测量出的激光束长度变化量计算出被测岩体三维空间的位移量。
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