CN106500661A - 利用探井进行边坡测斜的装置获得各标记点绝对坐标方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用探井进行边坡测斜的装置获得各标记点绝对坐标方法，在探井侧壁间隔相同的距离设置标记点，然后在探井锁口处安装用于观测标记点位置的激光测量装置，标记点至光线转向管的垂向距离为z，然后利用激光测量装置，将激光水平仪发出的激光通过光线转向管投射到标记点上，根据z值及光线转向管转过的角度，计算标记点在测量系统中的y坐标，x坐标可通过水平杆直接读出。本发明获得了探井不同深度处标记点的位置坐标即土体内部不同深度点的位置坐标，连续观测相同标记点的位置坐标变化即可获得土体内部水平位移信息。

Description

利用探井进行边坡测斜的装置获得各标记点绝对坐标方法

技术领域

本发明属于测斜技术领域，尤其涉及一种利用探井进行边坡测斜的装置获得各标记点绝对坐标方法。

背景技术

以往，研究边坡深层土体侧向位移，通常采用固定式测斜仪或者便携式测斜仪，将测斜管通过机械成孔或者随钢筋笼下放到探井内然后混凝土灌注的方法垂直的埋设在不稳定土体中，以上方法适合在各方面条件均具备的条件下，然而很多大型边坡在前期勘探过程中地形陡峭并不具备车辆能够自由出入的条件，仅仅实施了人工探井勘探，此时也想通过一种方法对边坡深层土体的水平位移进行监测，面对这种情况，提出了利用激光水平仪将探井侧壁不同高度处标记点的位置垂直投影在水平面上，观察其位置坐标变化。其优点在于①实现了在无法利用测斜仪的条件下达到了测量土体内部水平位移的目的；②测量设备均为常见测料容易获取加工；③造价相对低廉，能够有效节约开支。不足之处在于设备安装过程相对繁琐，需要熟练操作。

综上所述，目前对于滑坡监测中深层土体侧向位移监测需要动用大型钻探机械施工，但由于场地限制大型机械在前期勘探期间无法抵达陡峭的斜坡体上，致使测斜工作无法开展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用探井进行边坡测斜的装置获得各标记点绝对坐标的方法，旨在解决目前对于滑坡监测中深层土体侧向位移监测需要动用大型钻探机械施工，但由于场地限制大型机械在前期勘探期间无法抵达陡峭的斜坡体上，致使测斜工作无法开展的问题。但多数滑坡勘探项目均有人工开挖探井实施，本发明便提供了一套利用探井进行边坡测斜的装置来获得各标记点绝对坐标的方法，同样达到了深层土体水平位移监测的目的。

本发明是这样实现的，一种利用探井进行边坡测斜的装置获得各标记点绝对坐标方法，该利用探井进行边坡测斜的装置获得各标记点绝对坐标的方法包括：

利用激光水平仪发出的激光通过一个通光孔及光线转向管上两个通光小孔照射到平面反光镜片上后，光线垂直进入探井，转动后端光线转向管使光线照射在标记点上的光敏传感器上；

以水平尺刻度端部为原点建立三维直角坐标系，水平尺方向为X，垂向为Z，水平面上与x轴向垂直的方向为Y；共获得的数据包括水平尺读出的x值，水平激光发射孔距离探井锁口的垂直距离为Z₀，探井锁口至所测光敏传感器垂直距离Z₁、Z₂、Z₃……Z_n，光线转向管转过的角度α1、α2、α3……αn、值；

通过公式Y＝(Z₀+Zn)×tanαn计算得测量点的Y值，测得所有标记点的(X、Y、Z)值；

将水平原点换算为探井底部的基点D_n，设定D_n的坐标为(0、0、Zn)，然后将其他所有点均做相应变换(X-Xn、Y-Yn、Z)，获得各标记点的绝对坐标。

进一步，所述将原点换算为探井底部的基点D_n，设定水平原点D_n的坐标为(0、0、Zn)，然后将其他所有点均做相应变换(X-Xn、Y-Yn、Z)，获得各标记点的绝对坐标，具体包括：

第一步，根据Z值及角度ɑ利用公式Y＝Z*tanɑ，计算得标记点的(x，y，z)值，该坐标值是以水平尺0刻度位置作为原点的坐标值；

第二步，对D_n-1和D_n两个基点进行误差验算，|X_Dn-1-X_Dn|≤允许误差值且|Y_Dn-1-Y_Dn|≤允许误差值；

第三步，将所有标记点的坐标值转换为以探井底部不动点D_n作为原点D_n→(0,0,Zn)，D_n-1→(X_Dn-1-X_Dn，Y_Dn-1-Y_Dn，Z_Dn-1)，计算其余标记点的坐标值,D1→(X_D1-X_Dn，Y_D1-Y_Dn，Z_D1),D2→(X_D2-X_Dn，Y_D2-Y_Dn，Z_D2)……。

进一步，所述利用激光水平仪发出的激光通过一个通光孔及光线转向管上两个通光小孔照射到平面反光镜片前，还需进行：

在探井侧壁垂向方向每隔相同的距离安装一光敏传感器元件；先将侧墙横立支架一端通过膨胀螺丝固定在探井侧壁，另一端通过卡扣将光敏传感器固定，侧墙横立支架的长度从井口向底部逐渐变化，俯视支架杆错落分布，光敏传感器端部不相互遮挡，从顶部向底部依次编号D₁、D₂、D₃……D_n；在探井底部选定两个稳定的基点，同样分别安装一光敏传感器，分别编号D_n-1、D_n；将所有光敏传感器电缆线引至探井口并接入控制中心；

架设激光水平仪及水平支架，在探井锁口一侧一个相对平整的区域，安放好激光水平仪，微调使激光水平仪能够发出水平激光射线；将两个小型三角支架分别架设在探井锁口两侧，水平杆安置在活动尺架台的固定槽里，打开水平激光射线，使激光射线能够同时透过两个活动尺架台下端的通光孔；

安装光线转向管，将光线转向管通过活动螺栓活动安置在水平杆中的长条开槽中，水平激光首先穿过固定通光管一端的通光小孔，调节活动螺栓使光线能够穿过另外一端的通光小孔。

本发明提供的利用探井进行边坡测斜的装置获得各标记点绝对坐标的方法，

根据水平支架系统、光敏传感器系统、光线转向管在探井侧壁安装好标记点装置(光敏传感器)，连接至控制中心，架设好激光水平仪以及水平尺支架，将光线转向管活动安装在水平尺支架上，转动光线转向管，激光照射在光敏传感器上，记录测量的各个数据，按照标记点坐标计算程序所述对数据进行处理即可测量得该标记点的相对坐标值，其余各标记点均按照该方法进行测量即可获得整个探井各标记点的坐标值，最后将标记点全部转换为绝对坐标即可，连续时间的间隔测量即可获得该探井侧壁的变形情况即土体内部水平位移情况，下表以一工程实际数据为例进一步说明。

表1：某一工程中三期试验数据表

上表提供了17个标记点每一期次测量中对应的坐标值(x，y，z)，将每一期次的x值单独列出，以x为横坐标，z为纵坐标可以绘制出17个标记点的x点纵向上的分布情况，三期对比可以了解到x值得变化情况；同样y值也可以进行类似的操作，获得y值得变化曲线。定期的测量还可以获得各个标记点x、y方向的变化速率曲线。

附图说明

图1是本发明实施例提供的利用探井进行边坡测斜的装置获得各标记点绝对坐标方法流程图；

图2是本发明实施例提供的利用探井进行边坡测斜的装置示意图；

图3是本发明实施例提供的三角支架侧视图和正视图；

图4是本发明实施例提供的活动尺架台侧视图；

图5是本发明实施例提供的光线转向管剖面图

图6是本发明实施例提供的水平杆俯视图；

图7是本发明实施例提供的测量效果示意图.

图中：1、激光水平仪；1-1、发射孔；2、水平支架系统；2-1、三脚架；2-2、L型固定骨架；2-3、长条形开槽；2-4、紧固螺栓；2-5、活动尺架台；2-6、通光孔；3、水平杆装置；3-1、水平杆；3-2、长条状开槽；4、光线转向管装置；4-1、可调节螺栓；4-2、后端光线转向管；4-3、前端通光固定管；4-4、平面反光镜；4-5、刻度指针；4-6、通光小孔；5、光敏传感器系统；5-1、光敏传感器；5-2侧墙横立支架；5-3、控制中心。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供的利用探井进行边坡测斜的装置获得各标记点绝对坐标的方法，包括：

S101：利用激光水平仪发出的激光通过一个通光孔及光线转向管上两个通光小孔照射到平面反光镜片上后，光线垂直进入探井，转动后端光线转向管使光线照射在标记点上的光敏传感器上；

S102：以水平尺刻度端部为原点建立三维直角坐标系，水平尺方向为X，垂向为Z，水平面上与x轴向垂直的方向为Y；共获得的数据包括水平尺读出的x值，水平激光发射孔距离探井锁口的垂直距离为Z₀，探井锁口至所测光敏传感器垂直距离Z₁、Z₂、Z₃……Z_n，光线转向管转过的角度α1、α2、α3……αn、值；通过公式Y＝(Z₀+Zn)×tanαn计算得测量点的Y值，测得所有标记点的(X、Y、Z)值；

S103：将原点换算为探井底部的基点D_n，设定水平原点D_n的坐标为(0、0、Zn)，然后将其他所有点均做相应变换(X-Xn、Y-Yn、Z)，获得各标记点的绝对坐标。

下面结合附图2-图7及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

本发明实施例提供的利用探井进行边坡测斜的装置包括：

一种水平支架系统2，该系统是为了搭建出一套用于测量标记点位置的支架；由两台相同的支架组合而成，水平支架系统包括：可调节高度的三角架2-1、L型固定骨架2-2、活动尺架台2-5，将三角支架2-1及激光水平仪1都架设在固定的测量点上，水平调节三角支架2-1，稳定后打开激光水平仪1，使水平激光能够同时通过两个活动尺架台2-5底部的通光孔2-6。所述活动尺架台2-5通过紧固螺栓2-4安装在长条形开槽2-3上。

光敏传感器系统5，该系统用于设定测量标记点的位置。包括用于将光敏传感器5-1固定在探井侧壁的侧墙横立支架5-2，能够及时响应光敏传感器受光照变化做出相应反映的控制中心5-3。侧墙横立支架5-2的安装应严格按照预先设定的精度，从探井锁口处算起向探井底部方向每隔相同的垂直距离安装一个，侧墙横立支架5-2应该设定成不同的长度，从上往下逐渐边长，做到垂向上互不遮挡，光敏传感器安装在支架杆的另一端依次编号D1、D2、D3……。控制中心对应每一个传感器都有相应的发光二极管显示，当光线照射到对应的传感器上后，对应的发光二极管会亮起，同时蜂鸣响起。

水平杆装置3，该装置搭建在两个活动尺架台2-5对应的凹槽内，水平杆3-1受限于活动尺架台2-5保持水平状态，两侧有对应刻度，中部为一长条状的开槽3-2。

光线转向管装置4，该装置能够将水平射进的光线进行垂直反射。包括前段通光固定管4-3，后端光线转向管4-2，前段通光固定管两端有两个通光小孔4-6与后端光线转向管内部安置的45°平面反光镜片4-4的中心处于三点一线的状态。光线转向管通过螺钉4-1搭设在水平杆3-1的长条形空槽3-2上。与后端光线转向管4-2接洽的前段通光固定管4-3末端，标记有一圈刻度，用于测量后端光线转向管4-2转过的角度。

本发明实施例提供的利用探井进行边坡测斜的装置通过水平支架系统将水平尺两端架设在探井锁口两侧横跨探井井口，调节活动尺架台可调节水平尺端部高度，在活动尺架台底部有一通光孔用于协助调平水平尺，激光水平仪射出激光同时通过两个通光孔，此时显示水平尺处于水平状态。

光线转向管装置由前段通光固定管与后段光线转向管通过转轴连接。前段通光固定管与水平尺活动连接在一起。后段光线转向管内置一45°平面反光镜，水平激光照射到平面反光镜上后会将激光垂直反射。此法可将激光照射到探井中的标记点上，以此来确定标记点位置。

光敏传感器装置的光敏传感器通过支架安装在探井侧壁，激光射线照射在光敏传感器上后电阻值发生改变，在控制中心装置通过发光二极管及蜂鸣器发出变化信号。

下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

本发明实施例提供的利用探井进行边坡测斜的装置获得各标记点绝对坐标的方法，在使用时包括：

第一步在探井侧壁垂向方向每隔相同的距离安装一光敏传感器元件(根据测量精度设置间隔距离)，具体先将侧墙横立支架一端通过膨胀螺丝固定在探井侧壁，另一端通过卡扣将光敏传感器固定，侧墙横立支架的长度从井口向底部逐渐变化，俯视支架杆要错落分布，光敏传感器端部不可相互遮挡，从顶部向底部依次编号D₁、D₂、D₃……D_n。在探井底部(稳定的基岩层)选定两个稳定的基点，同样分别安装一光敏传感器，分别编号D_n-1、D_n。将所有光敏传感器电缆线引至探井口并接入控制中心。

第二步架设激光水平仪及水平支架系统，在探井锁口一侧一个相对平整的区域，安放好激光水平仪，微调使其能够发出水平激光射线。将两个小型三角支架分别架设在探井锁口两侧，水平杆安置在活动尺架台的固定槽里，打开水平激光射线，使激光射线能够同时透过两个活动尺架台下端的通光孔，此时表明水平杆处于水平状态。

第三步安装光线转向管，将光线转向管通过活动螺栓活动安置在水平杆中的长条开槽中，水平激光首先穿过固定通光管一端的通光小孔，调节活动螺栓使光线能够穿过另外一端的通光小孔，此时表明光线转向管处于水平状态，安装完毕。

第四步测量过程，打开光敏传感器控制中心及激光水平仪，激光射线从激光水平仪射出，照射到光线转向管后端的平面反光镜后，射线转向探井，微调后段光线转向管，光线可在垂直入射光的平面内自由转动，不断调节光线转向管的位置及旋转角度，当激光照射到光敏传感器原件上后感应显示器会有相应反应。此时记录光线转向管在水平尺上的位置(x值)，以及后端光线转向管转过的角度(ɑ)，控制中心会显示光敏传感器的代号，据此可查得探井锁口至光敏传感器的垂直距离Zn，激光发射点距探井锁口的垂直距离Z₀，垂直距离Z＝Z₀+Zn，其余标记点均照此步骤操作。

第五步计算过程，各项数据在预设的计算机程序中会进行三步计算，第一步根据Z值及角度ɑ利用公式Y＝Z*tanɑ，计算得标记点的(x，y，z)值，该坐标值是以水平尺0刻度位置作为原点处理的。第二步对D_n-1和D_n两个基点进行误差验算，|X_Dn-1-X_Dn|≤允许误差值且|Y_Dn-1-Y_Dn|≤允许误差值。第三步将所有标记点的坐标值转换为以探井底部不动点D_n作为水平原点D_n→(0,0,Z_Dn)，D_n-1→(X_Dn-1-X_Dn，Y_Dn-1-Y_Dn，Z_Dn-1)，计算其余标记点的坐标值,D1→(X_D1-X_Dn，Y_D1-Y_Dn，Z_D1),D2→(X_D2-X_Dn，Y_D2-Y_Dn，Z_D2)……

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种利用探井进行边坡测斜的装置获得各标记点绝对坐标方法，其特征在于，该利用探井进行边坡测斜的装置获得各标记点绝对坐标方法包括：

利用激光水平仪发出的激光通过一个通光孔及光线转向管上两个通光小孔照射到平面反光镜片上后，光线垂直进入探井，转动后端光线转向管使光线照射在标记点上的光敏传感器上；

以水平尺刻度端部为原点建立三维直角坐标系，水平尺方向为X，垂向为Z，水平面上与x轴向垂直的方向为Y；共获得的数据包括水平尺读出的x值，水平激光发射孔距离探井锁口的垂直距离为Z₀，探井锁口至所测光敏传感器垂直距离Z₁、Z₂、Z₃……Z_n，光线转向管转过的角度α1、α2、α3……αn、值；

通过公式Y＝(Z₀+Zn)×tanαn计算得测量点的Y值，测得所有标记点的(X、Y、Z)值；

将原点换算为探井底部的基点D_n，设定D_n的坐标为(0、0、Zn)，然后将其他所有点均做相应变换(X-Xn、Y-Yn、Z)，获得各标记点的绝对坐标。

2.如权利要求1所述的利用探井进行边坡测斜的装置获得各标记点绝对坐标方法，其特征在于，所述将水平原点换算为探井底部的基点D_n，设定D_n的坐标为(0、0、Zn)，然后将其他所有点均做相应变换(X-Xn、Y-Yn、Z)，获得各标记点的绝对坐标，具体包括：

第一步，根据Z值及角度ɑ利用公式Y＝Z*tanɑ，计算得标记点的(x，y，z)值，该坐标值是以水平尺0刻度位置作为原点的坐标值；

第二步，对D_n-1和D_n两个基点进行误差验算，|X_Dn-1-X_Dn|≤允许误差值，且|Y_Dn-1-Y_Dn|≤允许误差值；

第三步，将所有标记点的坐标值转换为以探井底部不动点D_n作为原点D_n→(0,0,Zn)，D_n-1→(X_Dn-1-X_Dn，Y_Dn-1-Y_Dn，Z_Dn-1)，计算其余标记点的坐标值,D1→(X_D1-X_Dn，Y_D1-Y_Dn，Z_D1),D2→(X_D2-X_Dn，Y_D2-Y_Dn，Z_D2)……。

3.如权利要求1所述的利用探井进行边坡测斜的装置获得各标记点绝对坐标方法，其特征在于，所述利用激光水平仪发出的激光通过一个通光孔及光线转向管上两个通光小孔照射到平面反光镜片前，还需进行：

在探井侧壁垂向方向每隔相同的距离安装一光敏传感器元件；先将侧墙横立支架一端通过膨胀螺丝固定在探井侧壁，另一端通过卡扣将光敏传感器固定，侧墙横立支架的长度从井口向底部逐渐变化，俯视支架杆错落分布，光敏传感器端部不相互遮挡，从顶部向底部依次编号D₁、D₂、D₃……D_n；在探井底部选定两个稳定的基点，同样分别安装一光敏传感器，分别编号D_n-1、D_n；将所有光敏传感器电缆线引至探井口并接入控制中心；

架设激光水平仪及水平支架系统，在探井锁口一侧一个相对平整的区域，安放好激光水平仪，微调使激光水平仪能够发出水平激光射线；将两个小型三角支架分别架设在探井锁口两侧，水平杆安置在活动尺架台的固定槽里，打开水平激光射线，使激光射线能够同时透过两个活动尺架台下端的通光孔；

安装光线转向管，将光线转向管通过活动螺栓活动安置在水平杆中的长条开槽中，水平激光首先穿过固定通光管一端的通光小孔，调节活动螺栓使光线能够穿过另外一端的通光小孔。