CN108489363B - 便携式岩芯结构面倾角野外测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式岩芯结构面倾角野外测量装置和测量方法，尤其是一种用于岩土工程岩芯结构面倾角野外测量领域的便携式岩芯结构面倾角野外测量装置和测量方法。本发明所采用的便携式岩芯结构面倾角野外测量装置，包括第一测量板和第二测量板，第一测量板与第二测量板垂直连接，第一测量板上设置有岩芯定位标记。本申请的测量方法，包括以下几个步骤：A、将测量装置放地面；B岩芯中心与中心线重合；C、使保岩芯顶部结构面走向一致；D、岩芯固定；E、测量第二测量板板面倾斜角；F、测量岩芯顶部结构面倾斜角；G、计算岩芯结构面倾角。本发明结构简单可靠，便于携带，使用简单方便，测量精确度高，不受岩芯直径大小限制。

Description

便携式岩芯结构面倾角野外测量装置

技术领域

本发明涉及一种便携式岩芯结构面倾角野外测量装置和测量方法，尤其是一种用于岩土工程岩芯结构面倾角野外测量领域的便携式岩芯结构面倾角野外测量装置和测量方法。

背景技术

在地质勘查中常常利用钻探机械设备和工艺取得地表以下岩芯，为地质和矿产资源参数做出相关可靠评价。而为了取得钻孔的原始地质资料需要进行钻孔岩芯地质编录的工作，包括岩芯观察鉴定与地质描述(包括结构面产状)、采芯率及RQD值的计算、测量初见水位及终孔水位、各层岩土体承载力建议值、编制钻孔综合柱状图等，其中对岩芯结构面倾角进行测量是重要的一个环节。

现有公开发表的论文及发明专利：岩芯复位测角装置(申请公布号CN8721 2439U)，针对岩芯复位测角装置技术方案如下：岩芯复位测角装置是一种地质及矿业用测量仪器，用于钻探岩芯的复位及各项参数测量，是岩芯定向技术领域的一种新仪器。该装置包括岩芯支架、岩芯复位器、多用岩芯量测架三大部分。装置的功能是使由地下取出的各类岩芯在短时间内恢复到三维空间的原始形状，并快速测出各种参数。仪器设计合理，构造简单，使用方便，测试数据精确。一、仪器底盘座通过下部为等边三角形的支脚上三个特质螺母调整使底盘呈水平状态，并能与地坪上相应螺栓相连结。然后调节水平度盘使标向线呈南北方位并用螺栓固定之。调节带支架的水平度盘使其呈钻孔亦即岩芯的倾向方位并用螺栓固定之。到此岩芯复位测角仪已调整与所测定岩芯的空间方位基本相同。二、把岩芯装入基座上岩芯固定园筒并用螺栓固定之。对于较长岩芯可在其上部套入另一固定园筒，同时移动稳定支架调整到合适的位置并上下移动套管再用螺栓固定之。并可用微调螺母改正到原顶角之度数。至此已将岩芯调整到完全符合钻孔的实际方位角和顶角，使其处于准确和稳定状态。三、岩芯的复位步骤如下：首先将多用岩芯量测架和卡具螺栓卡紧在作为标记的岩芯顶端两侧粗细刻痕线上，并使量测平面即转动量板完全重合于上两刻线平面并固定之。这时微微松动螺栓用罗盘量测方位角并同时转动岩芯，使其等于上面所定向的方位角，并紧接着固定已复位的岩芯。四、在量测时，首先在选定的构造与岩芯切成的椭圆形平面上，将卡框内侧两尖点卡准在岩芯两侧椭圆形截面短轴的端点上，这短轴实际上就是岩芯的直径，卡准后紧固之，使卡框准确而稳定的卡在岩芯上，然后旋转转动量板并移动，使移动滑条的尖端点同上面内侧两尖点共同位于一个椭圆截面与岩芯的交线上并用量板固定螺母紧固之。至此移动量板完全与上述予测之椭圆平面平行。更准确的说，此种状态下之转动量板的空间方位与椭圆形构造面完全相同。故用罗盘精确量测转动量板方位即为该构造的产状。

现有公开发表的论文及发明专利：一种岩芯裂隙倾角测量方法及其测量装置)申请公布号CN 102269557 A)，一种岩芯裂隙倾角测量方法技术方案如下：(1)将岩芯平放于水平地面上，并使岩芯椭圆形断面的长轴保持水平；(2)分别用双手捏住两组夹具的手柄使夹具虎口张开，并使夹具虎口竖直对准岩芯，此时放开手柄，在弹簧的弹力作用下岩芯被夹紧并保证与固定基座底面圆弧面接触紧密；(3)前后拖动指针钢板到合适位置，在用力按下指针钢板端部的同时旋转量角器，使量角器的底边与裂隙面保持紧密接触，此时的指针所对应的刻度为裂隙与岩芯进尺方向的夹角角度，即裂隙的倾角。

现有公开发表的论文及发明专利：一种岩芯断口倾角的测量装置及测量方法(申请公布号CN 106441038 A)，一种岩芯断口倾角的测量装置及测量方法技术方案如下：(1)将岩芯顺着端盖的圆孔放入底座上，使岩芯断口面位于侧板的弧形刻度盘附近；(2)调整岩芯位置，使岩芯断口的临空面朝上；(3)调整滑块，并转动指针，使指针与岩芯断口面紧密贴合；(4)读出指针的侧边在弧形刻度盘上的位置，读数即为岩芯断口倾角。

现有公开发表的论文及发明专利：一种岩芯裂隙倾角的测量装置(授权公告号CN206330531 U)，一种岩芯裂隙倾角的测量装置技术方案如下：(1)将岩芯顺着前端盖的圆孔放入底板上，使岩芯裂隙面位于侧板的弧形刻度盘附近；(2)调整岩芯位置，使岩芯上的裂隙面与指针轴平行，如果岩芯上有参考线，读出参考线对应刻度盘的读数；(3)转动指针轴，指针所在平面与岩芯裂隙面平行；(4)读出指针的侧边在弧形刻度盘上的位置，此时的读数即为岩芯裂隙倾角。

以上现有技术的测量装置和相应的测量方法存在如下的缺点：

一、目前对岩芯倾角结构面的野外测量主要采用一人手握岩芯使之保持大致竖直、另一人利用地质罗盘测量岩芯结构面倾角，或采用一人手握直角三角尺及岩芯、另一人利用地质罗盘测量岩芯结构面倾角的方法，因受人工视觉判断岩芯垂直度因素影响较大，故得到的结构面倾角精度较差，不能真实反映结构面倾角。

二、原冶金部马鞍山市研究院发明的岩芯复位测角装置(申请公布号CN8721 2439U)结构较复杂，无法在野外直接使用。

三、一种岩芯裂隙倾角测量方法及其测量装置(申请公布号CN 102269557 A)需要将岩芯平放于水平地面上，无法在野外斜坡地面使用。

综上所述现有技术中的岩芯倾角测量装置存在自身结构复杂、测量岩芯自身位置有限制、岩芯直径受限制等缺陷，无法在野外准确测量岩芯结构面倾角。

术语解释：

一、地质钻探是指利用钻探机械设备和工艺取得地表以下岩芯，为地质和矿产资源参数做出相关可靠评价的一项地质工程。

二、钻孔岩芯地质编录是指为取得钻孔的原始地质资料而进行的工作，包括岩芯观察鉴定与地质描述(包括结构面产状)、采芯率及RQD值的计算、测量初见水位及终孔水位、各层岩土体承载力建议值、编制钻孔综合柱状图等。

三、地质罗盘主要包括磁针、水平仪和倾斜仪，结构上可分为底盘、外壳和上盖，主要仪器均固定在底盘上，三者用合页联结成整体，可用于识别方向、确定位置、测量地质体产状及草测地形图等。

四、结构面是指是指具有极低的或没有抗拉强度的不连续面，包括层面、节理、劈理、断层等。

五、结构面产状是指结构面在空间产出的状态和方位的总称，包括走向、倾向和倾角。

六、结构面走向是指岩层面与水平面的交线。其两端所指的方向为结构面的走向，可由两个相差180°的方位角来表示。

七、结构面倾向是指倾斜线的水平投影线所指的结构面倾斜方向，倾斜线为垂直走向线沿倾斜层面向下方所引直线。

八、结构面倾角是指垂直结构面走向的剖面上结构面(迹线)与水平面(迹线)之间的夹角。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单可靠，便于携带，使用简单方便，只需单人操作便可以完成测量，且测量精确度高，不受岩芯直径大小限制，在野外平地和斜坡均可以正常使用的便携式岩芯结构面倾角野外测量装置。

本发明解决其技术问题所采用的便携式岩芯结构面倾角野外测量装置，包括第一测量板和第二测量板，所述第一测量板与第二测量板垂直连接，所述第一测量板上设置有中心线，在所述第一测量板上设置有多种岩芯直径规格的岩芯定位标记，其中每种岩芯直径规格的岩芯定位标记成对设置，每一对岩芯定位标记以中心线为对称中心轴对称设置在中心线的两侧。

进一步的是，所述岩芯定位标记为根据不同岩芯直径规格成对设置的小孔。

进一步的是，其中同一直径规格的小孔设置多组，多组小孔沿中心线方向等间距排布。

进一步的是，还包括岩芯弹性固定件，所述弹性固定件从小孔中穿过。

进一步的是，所述岩芯定位标记为与中心线平行的定位线。

进一步的是，所述第一测量板的端部与第二测量板的中部固定连接。

进一步的是，所述第一测量板和第二测量板为铝合金板。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种测量过程简单方便，只需单人操作便可以完成测量，且测量精确度高，不受岩芯直径大小限制，在野外平地和斜坡均可以进行测量的岩芯结构面倾角野外测量方法。

本发明解决其技术问题所采用的岩芯结构面倾角野外测量方法，包括以下几个步骤：

A、将便携式岩芯结构面倾角野外测量装置放置于地面上，并使第二测量板的板面紧贴地面；

B、将岩芯紧贴第一测量板的板面，使岩芯中心与第一测量板板面的中心线重合；

C、调整岩芯使保岩芯顶部结构面走向与第一测量板板面走向相一致；

D、将岩芯固定在第一测量板上；

E、利用地质罗盘测量第二测量板板面倾斜角；

F、利用地质罗盘测量岩芯顶部结构面倾斜角；

G、将第二测量板板面倾斜角和岩芯顶部结构面倾斜角相加得到岩芯结构面倾角。

进一步的是，在C步骤中一边旋转岩芯，一边用地质罗盘测量岩芯顶部结构面和第一测量板板面走向，直至两者的走向一致。

进一步的是，在第一测量板上采用小孔作为岩芯定位标记，在D步骤中根据岩芯高度选取岩芯顶部、中部、底部附近的小孔，采用三根橡皮筋从上向下、从前向后对称固定岩芯，用橡皮筋在岩芯所紧贴的第一测量板的背面打结。

本发明的有益效果是：本申请设置两块相互垂直的测量板利用第一测量板定位和固定岩芯，第二测量板用于将测量装置定位在平地或者斜坡上。利用对称设置罩第一测量板上的多种直径规格的岩芯定位标记来提高岩芯定位精度，增加可测量岩芯的直径范围。本申请结构简单可靠，便于携带，使用简单方便，只需单人操作便可以完成测量，且测量精确度高，不受岩芯直径大小限制，在野外平地和斜坡均可以正常使用，有利于提高岩芯结构面倾角测量精度，有利于钻孔岩芯地质编录。

附图说明

图1是本申请测量装置的正视图。

图2是本申请测量装置的侧视图。

图3是本申请测量装置的俯视图。

图4是岩芯结构面倾角野外测量方法的正视图。

图5是岩芯结构面倾角野外测量方法的侧视图。

图中零部件、部位及编号：第一测量板1、第二测量板2、小孔3、中心线4、岩芯5、岩芯顶部结构面6、橡皮筋7、地质罗盘8、岩芯顶部结构面倾斜角9、第二测量板板面倾斜角10。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2和图3所示，本发明的便携式岩芯5结构面倾角野外测量装置，包括第一测量板1和第二测量板2，所述第一测量板1与第二测量板2垂直连接，所述第一测量板1上设置有中心线4，在所述第一测量板1上设置有多种岩芯5直径规格的岩芯5定位标记，其中每种岩芯5直径规格的岩芯5定位标记成对设置，每一对岩芯5定位标记以中心线4为对称中心轴对称设置在中心线4的两侧。其中第一测量板1用于定位和固定岩芯5，第二测量板2用于将测量装置定位在平地或者斜坡上。岩芯5定位标记用于将岩芯5在第一测量板1上准确定位，将待测量的岩芯5放在相应直径规格的岩芯5定位标记之间，岩芯5定位标记之间的中心距即是相应规格的岩芯5的直径，由于一对岩芯5定位标记关于中心线4轴对称布置，因此当岩芯5两侧外缘刚好接触岩芯5定位标记时岩芯5的中心线4与第一测量板1的中心线4重合，岩芯5完成准确定位，岩芯5中心与第一测量板1板面的中心线4重合后，调整岩芯5使保岩芯顶部结构面6走向与第一测量板1板面走向相一致，利用地质罗盘8测量测量第二测量板板面倾斜角10第二测量板2板面与水平面夹角，和岩芯顶部结构面倾斜角9岩芯5结构面与水平面夹角；第二测量板板面倾斜角10与岩芯顶部结构面倾斜角9之和即为岩芯5结构面倾角。本发明克服现有岩芯5倾角测量装置自身结构复杂、测量岩芯5位置有限制、岩芯5直径受限制等缺陷而无法在野外特别是在斜坡地面准确测量岩芯5结构面倾角的不足，装置结构简单，便于野外携带，使用过程也方便快速，显著提高了岩芯5结构面倾角野外测量精度。

实施例1

在本实施例中，所述岩芯5定位标记为根据不同岩芯5直径规格成对设置的小孔3，其中同一直径规格的小孔3设置多组，多组小孔3沿中心线4方向等间距排布。在本实施例中以小孔3来对岩芯5进行定位，小孔3孔径均为3毫米，小孔3水平间距分别为25毫米、10毫米、10毫米、9.5毫米、8毫米、8毫米、6.5毫米、5毫米、36毫米、5毫米、6.5毫米、8毫米、8毫米、9.5毫米、10毫米、10毫米、25毫米，小孔3竖直间距均为50毫米，适用于直径为36毫米、46毫米、59毫米、75毫米、91毫米、110毫米、130毫米、150毫米、200毫米的岩芯5结构面倾角测量。

实施例2

在本实施例中，还包括岩芯5弹性固定件，所述弹性固定件从小孔3中穿过。弹性固定件可以采用橡皮筋7，弹簧卡等具有恢复形变功能的部件。可以根据岩芯5高度选取岩芯5顶部、中部、底部附近的小孔3，采用三根橡皮筋7从上向下、从前向后对称固定岩芯5，用橡皮筋7在岩芯5所紧贴的第一测量板1的背面打结。在本实施例中设置在第一测量板1上的小孔3用于定位岩芯5的同时也起到了固定岩芯5的作用。

实施例3

作为另一种定位标记，在本实施例中所述岩芯5定位标记为与中心线4平行的定位线。使用时将岩芯5放置在对称的定位线之间。

实施例4

在本实施例中，所述第一测量板1的端部与第二测量板2的中部固定连接，所述第一测量板1和第二测量板2为铝合金板。由第一测量板1短边顶端和第二测量板2长边中间位置通过铝合金电焊机焊接而成的“T”型板，两块铝合金板夹角为90°。第一测量板1和第二测量板2长度均为500毫米，宽度均为250毫米，厚度均为5毫米。采用本实施例的方案，测量装置结构简单，轻便坚固，利于携带，便于生产制造，且制造成本低，精度高，铝合金板不生锈，在风雨冰雾等气象条件下均可正常使用。

如图4和图5所示，本发明的岩芯5结构面倾角野外测量方法，包括以下几个步骤：

A、将便携式岩芯5结构面倾角野外测量装置放置于地面上，并使第二测量板2的板面紧贴地面；

B、将岩芯5紧贴第一测量板1的板面，使岩芯5中心与第一测量板1板面的中心线4重合；

C、调整岩芯5使保岩芯顶部结构面6走向与第一测量板1板面走向相一致；

D、将岩芯5固定在第一测量板1上；

E、利用地质罗盘8测量第二测量板板面倾斜角10；

F、利用地质罗盘8测量岩芯顶部结构面倾斜角9；

G、将第二测量板板面倾斜角10和岩芯顶部结构面倾斜角9相加得到岩芯5结构面倾角。本发明的方法使用过程简单，操作方便克服了现有岩芯5倾角测量装置自身结构复杂、测量岩芯5位置有限制、岩芯5直径受限制等缺陷而无法在野外特别是在斜坡地面准确测量岩芯5结构面倾角的不足，提高了岩芯5结构面倾角野外测量精度。

为了保证测量的精确性，在C步骤中一边旋转岩芯5，一边用地质罗盘8测量岩芯顶部结构面6和第一测量板1板面走向，直至两者的走向一致，采用前述方法可以快速准确的将岩芯5定位在第一测量板1上，其中结构面走向是指岩层面与水平面的交线。其两端所指的方向为结构面的走向，可由两个相差180°的方位角来表示。第一测量板1板面走向是指第一测量板1板面与水平面的交线，两者走向一致即指两条交线相互平行。

在第一测量板1上采用小孔3作为岩芯5定位标记，在D步骤中根据岩芯5高度选取岩芯5顶部、中部、底部附近的小孔3，采用三根橡皮筋7从上向下、从前向后对称固定岩芯5，用橡皮筋7在岩芯5所紧贴的第一测量板1的背面打结。采用前述方法巧妙利用定位的小孔3结合弹性固定件可以快速准确地将岩芯5固定在第一测量板1上。

实施例5

在本实施例中针对两河口水电站库周交通恢复绒坝大桥钻孔岩芯5倾角进行了野外测量及室内精确测量，详见下表。

表1绒坝大桥钻孔岩芯5顶部层面倾角测量结果统计表

从绒坝大桥钻孔岩芯5顶部层面倾角测量结果统计表得知，对于绒坝大桥钻孔岩芯5层面倾角，罗盘+直角三角尺简易测量误差平均为4.2°，便携式测量装置野外测量误差平均为1.2°。因此利用便携式测量装置野外测量结构面倾角时测量精度平均提高了3°。这表明发明的便携式测量装置具有较为广泛的使用空间。

Claims (10)

1.便携式岩芯结构面倾角野外测量装置，其特征在于：包括第一测量板(1)和第二测量板(2)，所述第一测量板(1)与第二测量板(2)垂直连接，所述第一测量板(1)上设置有中心线(4)，在所述第一测量板(1)上设置有多种岩芯直径规格的岩芯定位标记，其中每种岩芯直径规格的岩芯定位标记成对设置，每一对岩芯定位标记以中心线(4)为对称中心轴对称设置在中心线(4)的两侧。

2.如权利要求1所述的便携式岩芯结构面倾角野外测量装置，其特征在于：所述岩芯定位标记为根据不同岩芯直径规格成对设置的小孔(3)。

3.如权利要求2所述的便携式岩芯结构面倾角野外测量装置，其特征在于：其中同一直径规格的小孔(3)设置多组，多组小孔(3)沿中心线(4)方向等间距排布。

4.如权利要求3所述的便携式岩芯结构面倾角野外测量装置，其特征在于：还包括岩芯(5)弹性固定件，所述弹性固定件从小孔(3)中穿过。

5.如权利要求1所述的便携式岩芯结构面倾角野外测量装置，其特征在于：所述岩芯定位标记为与中心线(4)平行的定位线。

6.如权利要求1所述的便携式岩芯结构面倾角野外测量装置，其特征在于：所述第一测量板(1)的端部与第二测量板(2)的中部固定连接。

7.如权利要求1所述的便携式岩芯结构面倾角野外测量装置，其特征在于：所述第一测量板(1)和第二测量板(2)为铝合金板。

8.利用权利要求1所述的测量装置进行岩芯结构面倾角野外测量的方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

A、将便携式岩芯结构面倾角野外测量装置放置于地面上，并使第二测量板(2)的板面紧贴地面；

B、将岩芯(5)紧贴第一测量板(1)的板面，使岩芯(5)中心与第一测量板(1)板面的中心线(4)重合；

C、调整岩芯(5)使保岩芯顶部结构面(6)走向与第一测量板(1)板面走向相一致；

D、将岩芯(5)固定在第一测量板(1)上；

E、利用地质罗盘(8)测量第二测量板板面倾斜角(10)；

F、利用地质罗盘(8)测量岩芯顶部结构面倾斜角(9)；

G、将第二测量板板面倾斜角(10)和岩芯顶部结构面倾斜角(9)相加得到岩芯(5)结构面倾角。

9.如权利要求8所述的岩芯结构面倾角野外测量方法，其特征在于：在C步骤中一边旋转岩芯(5)，一边用地质罗盘(8)测量岩芯顶部结构面(6)和第一测量板(1)板面走向，直至两者的走向一致。

10.如权利要求8所述的岩芯结构面倾角野外测量方法，其特征在于：在第一测量板(1)上采用小孔(3)作为岩芯定位标记，在D步骤中根据岩芯(5)高度选取岩芯(5)顶部、中部、底部附近的小孔(3)，采用三根橡皮筋(7)从上向下、从前向后对称固定岩芯(5)，用橡皮筋(7)在岩芯(5)所紧贴的第一测量板(1)的背面打结。