CN112782066A - 一种用于岩体风化速率高精度测量的装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于岩体风化速率高精度测量的装置及其方法，包括游标卡尺，所述游标卡尺的固定卡脚和活动卡脚之间设有可伸缩的连接杆连接，该连接杆上套设弹簧；所述活动卡脚与活动游标连接；所述活动游标临近主尺的一侧设置有与主尺相同的刻度线；将游标卡尺的主尺垂直浇注在岩体内，进行风化测量时，弹簧由起始的压缩状态，随着岩体的风化弹簧伸展，在弹簧与伸缩性连接杆的推力作用下，活动游标向岩体方向移动，即可进行后期测量与计算；本发明布设简单，无需大量人力物力即可完成测量和计算；成本非常低廉；测量的精度达到0.1mm‑0.02mm；实现高精度风化测量。

Description

一种用于岩体风化速率高精度测量的装置及其方法
技术领域
本发明属于属于岩体风化监测技术领域，特别是涉及一种用于岩体风化速率高精度测量的装置及其方法。
背景技术
多数岩体处于直接暴露于空气中的状态，在周围自然环境条件的作用下岩体将产生风化，岩体风化后将改变岩石矿物化学成分、增大并延伸裂隙、从而破坏其完整性，降低岩石力学强度，导致岩体变形失稳，易引发岩体崩塌、边坡滑动等灾害。
岩石风化速率作为岩石风化程度的重要衡量指标，目前常常采用室内多次干湿循环称重等方法进行，该方法忽略了岩石所处的特殊自然环境，从而导致所得的值往往与实际情况不相符；中国专利CN102967548A和CN102866099A提出一种岩石风化速度的测定方法，它首先给出岩石风化起止时间的判断标准，并运用显微观测技术、摄像技术和图像处理技术获取相应参数，室内效果较为理想，但该方法需要室内制样，操作复杂，成本高昂。中国专利CN208334154U提出了一种可用于野外自然环境条件下进行风化速率测量的装置，但其测量精度较低，无法满足高精度岩体风化速率测量。
到目前为止，尚没有一种能够令人满意的能实时显示岩体风化程度的测量装置及简易的观测装置和方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种布设简单、成本低且测量精度高的用于岩体风化速率高精度测量的装置及其方法。
本发明的技术方案是：一种用于岩体风化速率高精度测量的装置，包括游标卡尺以及套设在游标卡尺外的套筒；所述游标卡尺设有主尺、固定卡脚、活动卡脚与活动游标；所述固定卡脚固定设于主尺一端，活动卡脚活动设置于主尺上；所述活动卡脚与活动游标连接；所述游标卡尺的固定卡脚和活动卡脚之间设有可伸缩的连接杆，该连接杆上套设弹簧；所述活动游标临近主尺的一侧设置有与主尺相同的刻度线；所述套筒套设在固定卡脚一端。
所述主尺一侧设有测量结果显示装置，该测量结果显示装置上设有蓝牙数据发射器；所述活动游标一端与活动卡脚连接，另一端设有电源接口。
所述的用于岩体风化速率高精度测量是，所述主尺上的刻度线与活动游标上的刻度线部分重叠设置。
所述的用于岩体风化速率高精度测量是，所述弹簧与连接杆的位置靠近主尺且与主尺不接触。
所述用于岩体风化速率高精度测量的方法步骤如下：
步骤1：将游标卡尺垂直于岩体表面布置，即主尺位于岩体内，固定卡脚、活动卡脚、连接杆、活动游标均位于岩体外；在岩体上预先钻一直径与游标卡尺主尺宽度相适应的钻孔，即钻孔的宽度与主尺宽度相同；
步骤2：游标卡尺的主尺插入钻孔中后，在钻孔中进行注浆加固，保证游标卡尺在长期风化测量过程中稳定不倒；活动游标一端垂直紧贴岩体表面，先进行初始读数a，并记下初始测量时间t1；
步骤3：进行风化测量时，弹簧(3)由起始的压缩状态，随着岩体的风化弹簧(3)伸展，在弹簧(3)与连接杆(4)的推力作用下，活动游标(5)向岩体方向移动，可进行后期测量；
步骤4：在进行后期测量时，进行测量读数b，并记下测量时间t2，则在t1至t2时间段内岩体的风化速率为：(b-a)/(t2-t1)；如主尺6刻度线7被注浆材料8遮挡，可利用活动游标5上的刻度线7进行读数。
另一种用于岩体风化速率高精度测量的方法；测量的具体步骤如下：
步骤1：将游标卡尺垂直于岩体表面布置，即主尺位于岩体内，固定卡脚、活动卡脚、连接杆、活动游标均位于岩体外；在岩体上预先钻一直径与游标卡尺主尺宽度相适应的钻孔，即钻孔的宽度与主尺宽度相同；
步骤2：游标卡尺的主尺插入钻孔中后，在钻孔中进行注浆加固，保证游标卡尺在长期风化测量过程中稳定不倒；活动游标一端垂直紧贴岩体表面，先进行初始读数a，并记下初始测量时间t1；
步骤3：以固定卡脚1为基准面，向固定方向外延一定10-15cm作为校准测点，获取校准初始读数a’，按固定时间获取测量结果，分别读取游标卡尺数据和校准测点数据，计算两者差值，获得补偿值或补偿系数x；
步骤4：进行风化测量时，弹簧由起始的压缩状态，随着岩体的风化弹簧伸展，在弹簧与连接杆的推力作用下，活动游标向岩体方向移动，可进行后期测量；
步骤5：在进行后期测量时，进行测量读数b，并记下测量时间t2，则在t1至t2时间段内岩体的风化速率为：(b-a)/(t2-t1)×x；如主尺6刻度线7被注浆材料8遮挡，可利用活动游标5上的刻度线7进行读数。
所述的用于岩体风化速率高精度测量是，所述步骤1中孔深不小于10cm。
与现有技术比较，本发明的有益效果是：
1.本发明打破了现有岩石风化测量的模式，通过将现有的游标卡尺进行简单改进即可实现由室内模拟测试到户外的实际测试，相对室内模拟测试，本申请具有操作简单，成本低的优点。
2.采用常见且造价低的游标卡尺作为测量工具，通过在游标卡尺的主尺与游尺之间增加弹簧和伸缩杆，进而就可利用游标卡尺的测量原理直接读取数值，通过前后数值差就可获取风化厚度，具有简单可靠的优点。
3.监测时将游标卡尺固定浇筑在被监测的岩体内，利用固定卡脚和活动卡脚之间设有硬质弹簧和可伸缩性的连接杆；当岩石风化后，活动卡脚在弹簧和连接杆的推动下沿着主尺移动，就可测出岩体风化速率；布设简单，无需大量人力物力即可完成测量和计算；成本非常低廉；测量的精度达到0.1mm-0.02mm；实现高精度风化测量。
4.在游标卡尺固定时，在岩石钻孔过程中，钻孔的尺寸和主尺宽度一致，灌浆只限于主尺，这样可以使活动游标与岩层面接触，进而可以尽可能的直接反应风化实际情况的，提高测量准确度。
5.在测量初期以固定卡脚1为基准面，向固定方向外延一定10-15cm作为校准测点，获取校准初始读数a’，按固定时间获取测量结果，分别读取游标卡尺数据和校准测点数据，计算两者差值，获得补偿值或补偿系数x，这样可以对误差进行修正，减少人为开孔、注浆、卡尺等外界因素的干扰，提高检测准确度。同时在获取一定量的补偿值或补偿系数x后，即可总结分析出不同岩石种类安装本装置后的干扰度，实现岩石种类与补偿值或补偿系数x的对应，进而在后续的过程中可省略补偿值或补偿系数x测定的步骤，且为岩石风化的后续提供试验依据。
附图说明
图1是游标卡尺结构示意图；
图2是主尺刻度线示意图；
图3是岩体风化监测示意图；
图4是实施例3中游标卡尺的结构示意图；
1-固定卡脚；2-活动卡脚；3-弹簧；4-连接杆；5-活动游标；6-主尺；7-刻度线；8-注浆材料；9-测量结果显示装置；10-蓝牙发射器；11-电源接口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：如图1-3所示，一种用于岩体风化速率高精度测量的装置及其方法，其中，装置部分包括游标卡尺；游标卡尺设有主尺6、固定卡脚1、活动卡脚2与活动游标5；固定卡脚1固定设于主尺6一端，活动卡脚2活动设置于主尺6上；活动卡脚2与活动游标5连接；游标卡尺的固定卡脚1和活动卡脚2之间设有可伸缩的连接杆4，该连接杆4上套设弹簧3；活动游标5临近主尺6的一侧设置有与主尺6相同的刻度线。
主尺6上的刻度线7与活动游标5上的刻度线部分重叠设置。
弹簧3与连接杆4的位置靠近主尺6且与主尺6不接触，以起到对活动游标5垂直加压的作用，可以减少误差。
利用上述装置测量岩体风化速率的方法具体步骤如下：
步骤1：将游标卡尺垂直于岩体表面布置，即主尺6位于岩体内，固定卡脚1、活动卡脚2、连接杆4、活动游标5均位于岩体外；在岩体上预先钻一直径与游标卡尺宽度相适应的钻孔，即钻孔的宽度与主尺6宽度相同，孔深不小于10cm，为了保证游标卡尺在岩体内的稳固；
步骤2：游标卡尺的主尺6插入钻孔中后，在钻孔中进行注浆加固，保证游标卡尺在长期风化测量过程中稳定不倒；活动游标5一端垂直紧贴岩体表面，先进行初始读数a，并记下初始测量时间t1；
步骤3：活动游标5一端垂直紧贴岩体表面，即主尺6垂直设置在岩体内；进行风化测量时，弹簧3由起始的压缩状态，随着岩体的风化弹簧3逐渐伸展，在弹簧3与伸缩性的连接杆4的推力作用下，活动游标5向岩体方向移动，可进行后期测量；
步骤4：在进行后期测量时，进行测量读数b，并记下测量时间t2，则在t1至t2时间段内岩体的风化速率为：(b-a)/(t2-t1)；如主尺6刻度线7被注浆材料8遮挡，可利用活动游标5上的刻度线7进行读数。
装置的测量精度依据游标卡尺的测量精度达到0.1mm-0.02mm。
步骤1中钻孔的直径等于主尺6的宽度，注浆时，将注浆材料由主尺6的两侧进行浇注；固定主尺6的位置。
实施例2：如图1-3所示，一种用于岩体风化速率高精度测量的装置及其方法，其中，装置部分包括游标卡尺；游标卡尺设有主尺6、固定卡脚1、活动卡脚2与活动游标5；固定卡脚1固定设于主尺6一端，活动卡脚2活动设置于主尺6上；活动卡脚2与活动游标5连接；游标卡尺的固定卡脚1和活动卡脚2之间设有可伸缩的连接杆4，该连接杆4上套设弹簧3；活动游标5临近主尺6的一侧设置有与主尺6相同的刻度线。
主尺6上的刻度线7与活动游标5上的刻度线部分重叠设置。
弹簧3与连接杆4的位置靠近主尺6且与主尺6不接触，以起到对活动游标5垂直加压的作用，可以减少误差。
利用上述装置测量岩体风化速率的方法具体步骤如下：
步骤1：将游标卡尺垂直于岩体表面布置，即主尺6位于岩体内，固定卡脚1、活动卡脚2、连接杆4、活动游标5均位于岩体外；在岩体上预先钻一直径与游标卡尺宽度相适应的钻孔，即钻孔的宽度与主尺6宽度相同，孔深不小于10cm，为了保证游标卡尺在岩体内的稳固；
步骤2：游标卡尺的主尺6插入钻孔中后，在钻孔中进行注浆加固，保证游标卡尺在长期风化测量过程中稳定不倒；活动游标5一端垂直紧贴岩体表面，先进行初始读数a，并记下初始测量时间t1；
步骤3：以固定卡脚1为基准面，向固定方向外延一定10-15cm作为校准测点，获取校准初始读数a’，按固定时间获取测量结果，分别读取游标卡尺数据和校准测点数据，计算两者差值，获得取补偿值或补偿系数x。如以游标卡尺的主尺上端面为基准面、主尺上端面棱线为基准线，不旋转或旋转角度30度，向外长度10cm处作为校准测点A，校准测点可以是多个，用仪器测量校准测点A的度数a’，每十天读取一次游标卡尺数据并测量一次校准测点A的度数，计算两者差值，获得补偿系数x；
步骤4：活动游标5一端垂直紧贴岩体表面，即主尺6垂直设置在岩体内；进行风化测量时，弹簧3由起始的压缩状态，随着岩体的风化弹簧3逐渐伸展，在弹簧3与伸缩性的连接杆4的推力作用下，活动游标5向岩体方向移动，可进行后期测量；
步骤5：在进行后期测量时，进行测量读数b，并记下测量时间t2，则在t1至t2时间段内岩体的风化速率为：b-a/t2-t1×x；如主尺6刻度线7被注浆材料8遮挡，可利用活动游标5上的刻度线7进行读数。
装置的测量精度依据游标卡尺的测量精度达到0.1mm-0.02mm。
步骤1中钻孔的直径等于主尺6的宽度，注浆时，将注浆材料由主尺6的两侧进行浇注；固定主尺6的位置。
实施例3：如图1-4所示，一种用于岩体风化速率高精度测量的装置及其方法，其中，装置部分包括游标卡尺；游标卡尺设有主尺6、固定卡脚1、活动卡脚2与活动游标5；固定卡脚1固定设于主尺6一端，活动卡脚2活动设置于主尺6上；活动卡脚2与活动游标5连接；游标卡尺的固定卡脚1和活动卡脚2之间设有可伸缩的连接杆4，该连接杆4上套设弹簧3；活动游标5临近主尺6的一侧设置有与主尺6相同的刻度线。主尺6一侧设有测量结果显示装置9，该测量结果显示装置9上设有蓝牙数据发射器10；活动游标5一端与活动卡脚2连接，另一端设有电源接口11。
主尺6上的刻度线7与活动游标5上的刻度线部分重叠设置。
弹簧3与连接杆4的位置靠近主尺6且与主尺6不接触，以起到对活动游标5垂直加压的作用，可以减少误差。
利用上述装置测量岩体风化速率的方法具体步骤如下：
步骤1：将游标卡尺垂直于岩体表面布置，即主尺6位于岩体内，固定卡脚1、活动卡脚2、连接杆4、活动游标5均位于岩体外；在岩体上预先钻一直径与游标卡尺宽度相适应的钻孔，即钻孔的宽度与主尺6宽度相同，孔深不小于10cm，为了保证游标卡尺在岩体内的稳固；
步骤2：游标卡尺的主尺6插入钻孔中后，在钻孔中进行注浆加固，保证游标卡尺在长期风化测量过程中稳定不倒；活动游标5一端垂直紧贴岩体表面，先进行初始读数a，测量结果显示装置9会显示此时的数据，通过蓝牙发射器将数据信号发送至远程终端；远程终端收到信号并记下初始测量时间t1；
步骤3：活动游标5一端垂直紧贴岩体表面，即主尺6垂直设置在岩体内；进行风化测量时，弹簧3由起始的压缩状态，随着岩体的风化弹簧3逐渐伸展，在弹簧3与伸缩性的连接杆4的推力作用下，活动游标5向岩体方向移动，可进行后期测量；
步骤4：在进行后期测量时，由远程终端接收数据信号进行测量读数b，并记下测量时间t2，则在t1至t2时间段内岩体的风化速率为：(b-a)/(t2-t1)；如主尺6刻度线7被注浆材料8遮挡，可利用活动游标5上的刻度线7进行读数。
装置的测量精度依据游标卡尺的测量精度达到0.1mm-0.02mm。
步骤1中钻孔的直径等于主尺6的宽度，注浆时，将注浆材料由主尺6的两侧进行浇注；固定主尺6的位置。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。

Claims (8)

1.一种用于岩体风化速率高精度测量的装置，包括游标卡尺；所述游标卡尺设有主尺(6)、固定卡脚(1)、活动卡脚(2)与活动游标(5)；所述固定卡脚(1)固定设于主尺(6)一端，活动卡脚(2)活动设置于主尺(6)上；所述活动卡脚(2)与活动游标(5)连接；其特征在于：所述游标卡尺的固定卡脚(1)和活动卡脚(2)之间设有可伸缩的连接杆(4)，该连接杆(4)上套设弹簧(3)；所述活动游标(5)临近主尺(6)的一侧设置有与主尺(6)相同的刻度线。
2.根据权利要求1所述的用于岩体风化速率高精度测量的装置，其特征在于：所述主尺(6)一侧设有测量结果显示装置(9)，该测量结果显示装置(9)上设有蓝牙数据发射器(10)；所述活动游标(5)一端设有电源接口(11)。
3.根据权利要求1所述的用于岩体风化速率高精度测量的装置，其特征在于：所述主尺(6)上的刻度线(7)与活动游标(5)上的刻度线部分重叠设置。
4.根据权利要求1所述的用于岩体风化速率高精度测量的装置，其特征在于：所述弹簧(3)与连接杆(4)的位置靠近主尺(6)且与主尺(6)不接触。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的用于岩体风化速率高精度测量的方法，其特征在于，测量的具体步骤如下：
步骤1：将游标卡尺垂直于岩体表面布置，即主尺位于岩体内，固定卡脚、活动卡脚、连接杆、活动游标均位于岩体外；在岩体上预先钻一直径与游标卡尺主尺宽度相适应的钻孔，即钻孔的宽度与主尺宽度相同；
步骤2：游标卡尺的主尺插入钻孔中后，在钻孔中进行注浆加固，保证游标卡尺在长期风化测量过程中稳定不倒；活动游标一端垂直紧贴岩体表面，先进行初始读数a，并记下初始测量时间t1；
步骤3：进行风化测量时，弹簧(3)由起始的压缩状态，随着岩体的风化弹簧(3)伸展，在弹簧(3)与连接杆(4)的推力作用下，活动游标(5)向岩体方向移动，可进行后期测量；
步骤4：在进行后期测量时，进行测量读数b，并记下测量时间t2，则在t1至t2时间段内岩体的风化速率为：(b-a)/(t2-t1)；如主尺6刻度线7被注浆材料8遮挡，可利用活动游标5上的刻度线7进行读数。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的用于岩体风化速率高精度测量的方法，其特征在于，测量的具体步骤如下：
步骤1：将游标卡尺垂直于岩体表面布置，即主尺位于岩体内，固定卡脚、活动卡脚、连接杆、活动游标均位于岩体外；在岩体上预先钻一直径与游标卡尺主尺宽度相适应的钻孔，即钻孔的宽度与主尺宽度相同；
步骤2：游标卡尺的主尺插入钻孔中后，在钻孔中进行注浆加固，保证游标卡尺在长期风化测量过程中稳定不倒；活动游标一端垂直紧贴岩体表面，先进行初始读数a，并记下初始测量时间t1；
步骤3：以固定卡脚1为基准面，向固定方向外延一定10-15cm作为校准测点，获取校准初始读数a’，按固定时间获取测量结果，分别读取游标卡尺数据和校准测点数据，计算两者差值，获得补偿值或补偿系数x；
步骤4：进行风化测量时，弹簧(3)由起始的压缩状态，随着岩体的风化弹簧(3)伸展，在弹簧(3)与连接杆(4)的推力作用下，活动游标(5)向岩体方向移动，可进行后期测量；
步骤5：在进行后期测量时，进行测量读数b，并记下测量时间t2，则在t1至t2时间段内岩体的风化速率为：(b-a)/(t2-t1)×x；如主尺6刻度线7被注浆材料8遮挡，可利用活动游标5上的刻度线7进行读数。
7.根据权利要求5或6所述的用于岩体风化速率高精度测量的方法，其特征在于：所述测量精度依据游标卡尺的测量精度达到0.1mm-0.02mm。
8.根据权利要求5或6所述的用于岩体风化速率高精度测量的方法，其特征在于：所述步骤1中孔深不小于10cm。
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