一種楔形彈簧塞尺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種楔形彈簧塞尺，用于測量巖土體裂隙的張開度，包括主楔和彈楔，所述的主楔頭部通過轉(zhuǎn)軸與彈楔頭部連接，主楔尾部通過設(shè)置在主楔上的彈簧槽內(nèi)的彈簧與彈楔尾部連接，所述的主楔包括設(shè)置在主楔上表面尺槽內(nèi)的刻度尺和設(shè)置在主楔下表面的按板，所述的刻度尺通過尺轉(zhuǎn)軸與尺槽樞接，所述的按板通過按板轉(zhuǎn)軸與主楔樞接，并且按板轉(zhuǎn)軸的量角端伸出主楔外部，其上設(shè)有刻度針，所述的主楔在按板轉(zhuǎn)軸的量角端處設(shè)有刻度盤，所述的尺轉(zhuǎn)軸通過傳動索與按板轉(zhuǎn)軸連接，使尺轉(zhuǎn)軸在轉(zhuǎn)動時，按板轉(zhuǎn)軸以等角速度反向轉(zhuǎn)動。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有測量準確、測量范圍廣、讀數(shù)方便、計算簡單等優(yōu)點。
【專利說明】一種楔形彈簧塞尺

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種塞尺，尤其是涉及一種楔形彈簧塞尺。

【背景技術(shù)】
[0002]巖土體中裂隙的張開度信息是研宄其力學(xué)性質(zhì)和工程穩(wěn)定性的重要依據(jù)。目前，對于張開度小于Icm的巖土體裂隙，一般采用塞尺獲得其張開度參數(shù)。但是，現(xiàn)有的塞尺在測量過程中，主要通過手動將塞尺塞入巖土體中裂隙，再讀取張開度數(shù)據(jù)，這樣常讀取塞尺參數(shù)操作極不方便；對于裂隙面與測面斜交的巖土體裂隙，其測得的張開度實際是視張開度(裂隙被測面所截切出的長度)，而不是真實張開度(裂隙兩壁之間的垂直寬度)；且測量過程中人為主觀因素對測量結(jié)果影響較大。
[0003]中國專利CN203240999U公開了一種測量區(qū)間大的錐形塞尺，該裝置含有四片寬度的塞尺分尺，不同寬度形態(tài)的塞尺可用于測量不同規(guī)模的裂隙張開度。但是，該塞尺在測量實踐過程中，由人為主觀因素引起的誤差較大，導(dǎo)致測量結(jié)果的誤差大；對于兩壁平行，且斜交于測面的裂隙，其測得的并不是裂隙真實張開度值。
[0004]中國專利CN202947635U公開了一種楔形塞尺，該裝置主要有塞尺本體和手柄組成，塞尺本體上分布有可表征所測裂隙寬度的刻度值，通過該刻度值可直接獲得所測裂隙的張開度。但是，該塞尺在測量實踐過程中，仍然含有人為主觀因素引起的較大誤差，測量時讀數(shù)操作也不方便，對于兩壁平行，且斜交于測面的裂隙，其測得的也不是裂隙真實張開度值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種測量準確、測量范圍廣、讀數(shù)方便、計算簡單的楔形彈簧塞尺。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0007]一種楔形彈簧塞尺，用于測量巖土體裂隙的張開度，包括主楔和彈楔，所述的主楔頭部通過轉(zhuǎn)軸與彈楔頭部連接，主楔尾部通過設(shè)置在主楔上的彈簧槽內(nèi)的彈簧與彈楔尾部連接，所述的主楔包括設(shè)置在主楔上表面尺槽內(nèi)的刻度尺和設(shè)置在主楔下表面的按板，所述的刻度尺通過尺轉(zhuǎn)軸與尺槽樞接，所述的按板通過按板轉(zhuǎn)軸與主楔樞接，并且按板轉(zhuǎn)軸的量角端伸出主楔外部，其上設(shè)有刻度針，所述的主楔在按板轉(zhuǎn)軸的量角端處設(shè)有刻度盤，所述的尺轉(zhuǎn)軸通過傳動索與按板轉(zhuǎn)軸連接，使尺轉(zhuǎn)軸在轉(zhuǎn)動時，按板轉(zhuǎn)軸以等角速度反向轉(zhuǎn)動。
[0008]所述的尺轉(zhuǎn)軸和按板轉(zhuǎn)軸上均設(shè)有螺旋狀刻槽，所述的傳動索通過螺旋狀刻槽分別與尺轉(zhuǎn)軸和按板轉(zhuǎn)軸緊固連接。
[0009]所述的尺轉(zhuǎn)軸上的螺旋狀刻槽與按板轉(zhuǎn)軸上的螺旋狀刻槽旋轉(zhuǎn)方向相反。
[0010]所述的傳動索為剛性材質(zhì)。
[0011]所述的刻度盤的量程為-90度?90度，其刻度值按順時針依次增大，且O度值的刻線與主楔下表面平行。
[0012]當按板與主楔下表面垂直時，所述的刻度針指向O度值。
[0013]所述的刻度尺上的刻度值為按板轉(zhuǎn)軸到主楔楔尖的距離與尺轉(zhuǎn)軸到主楔楔尖的距離之比和其實際長度的乘積值。
[0014]所述的刻度尺的量程大于或等于1cm，刻度間距小于1mm。
[0015]所述的主楔尾部設(shè)有掛鉤，所述的彈楔尾部設(shè)有掛鈕，所述的掛鉤和掛鈕在未測量時掛接在一起。
[0016]所述的主楔頭部和彈楔頭部均為薄板狀楔體且縱截面為三角形。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0018]一、測量準確，采用彈簧彈動彈楔對巖土體裂隙張開度進行測量，有效地避免了在硬度較小的巖土體中，因人為施力過大，而造成測得值大于真實值的后果。
[0019]二、測量范圍廣，采用板狀主楔，在測量時候使主楔背面緊貼巖土體裂隙的一壁，同時按板平置于測面上，避免了現(xiàn)有塞尺因人為主觀判斷導(dǎo)致塞尺面斜交于測面，而造成測得值大于實際值得后果。
[0020]三、讀數(shù)方便，采用刻度尺對裂隙張開度進行放大讀數(shù)，有助于讀數(shù)操作的便捷，并能有效提尚讀數(shù)的精度。
[0021]四、計算簡單，采用同步等角速度反向轉(zhuǎn)動的刻度尺和按板裝置，獲取刻度尺上的讀數(shù)值e’，且可直接讀取兩者與主楔背面法線之間的夾角α，通過公式e = e’Xcosa，可計算獲得兩壁相平行的裂隙的真實張開度e。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明收攏時的機構(gòu)示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明主楔側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3為本發(fā)明按板和刻度尺的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖4為本發(fā)明展開時的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖5為本發(fā)明的測量原理圖。
[0027]圖6為彈簧塞尺的數(shù)學(xué)原理圖。
[0028]其中，1、主楔，2、彈楔，3、刻度尺，4、尺槽，5、按板，6、彈簧，7、彈簧槽，8、掛鉤，9、掛鈕，10、轉(zhuǎn)軸，11、尺轉(zhuǎn)軸，12、按板轉(zhuǎn)軸，13、傳動索，14、刻度針，15、刻度盤，16、裂隙，17、巖土體。

【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0030]實施例:
[0031]如圖1-3所示，一種楔形彈簧塞尺，該彈簧塞尺包含主楔1、彈楔2、刻度尺3、尺槽4、按板5、彈簧6、彈簧槽7、掛鉤8、掛鈕9、轉(zhuǎn)軸10、尺轉(zhuǎn)軸11、按板轉(zhuǎn)軸12、傳動索13、刻度針14及刻度盤刻度15。主楔I上段總體呈板狀長方體，下段呈很薄的板狀楔體，彈楔2上部也有呈較短的薄板狀長方體，下段呈較長的薄條帶狀楔體，主楔I和彈楔2下部楔尖處通過轉(zhuǎn)軸10相連，該轉(zhuǎn)軸固定于主楔，彈楔可繞之自由轉(zhuǎn)動，彈楔上部與固定于主楔彈簧槽7中的彈簧6相連?？潭瘸?通過尺轉(zhuǎn)軸11設(shè)置于主楔的尺槽4內(nèi)，刻度尺3與尺轉(zhuǎn)軸11相固定，尺轉(zhuǎn)軸11套合于主楔I中，可自由轉(zhuǎn)動，且尺轉(zhuǎn)軸兩端上分布有螺旋狀刻槽。按板5通過按板轉(zhuǎn)軸12設(shè)置于主楔I的中下部背面，按板5與按板轉(zhuǎn)軸12相固定，按板轉(zhuǎn)軸12套合于主楔I中，可自由轉(zhuǎn)動，且按板轉(zhuǎn)軸12外端上分布有螺旋狀刻槽，按板轉(zhuǎn)軸12露于主楔I外的外端上設(shè)置有刻度針14 ;按板轉(zhuǎn)軸12外端對應(yīng)于主楔I測面上分布有180°區(qū)間的刻度盤及相應(yīng)刻度15，刻度盤15兩端刻度分別為90°和-90°，中間刻度為0°，即刻度值呈順時針均勻增大。按板轉(zhuǎn)軸12與尺轉(zhuǎn)軸11之間通過轉(zhuǎn)動索13連接，傳動索13為不可被拉伸的材質(zhì)，在尺轉(zhuǎn)軸11兩端螺旋狀刻槽中反向纏繞，索端分別固定于該兩螺旋狀刻槽中，中段纏繞在按板轉(zhuǎn)軸12的螺旋狀刻槽中。在不使用時，彈楔2可通過設(shè)置在主楔I上的掛鉤8掛扣設(shè)置在彈楔2上的掛鈕9，以穩(wěn)定彈楔2 ;掛鉤8下部套合在主楔I側(cè)面上，且可在側(cè)面上自由轉(zhuǎn)動；在測量實踐時，將掛鉤8從掛鈕9上撥下后，彈楔2可在彈簧6作用力下向外彈出。
[0032]如圖4和圖5所示，在測量巖土體17上裂隙16的張開度時，將塞尺各部件在收攏狀態(tài)下，主楔I和彈楔2下部楔尖插入裂隙，保證主楔I背面緊靠于裂隙16 —側(cè)的巖土體17上。轉(zhuǎn)動按板轉(zhuǎn)軸12外端，使得按板5轉(zhuǎn)至平置于測面上，此時，刻度尺3會發(fā)生同步等角速度反向轉(zhuǎn)動，用手將按板5穩(wěn)固在巖土體17的層面上，保證塞尺整體的穩(wěn)定性，讀取并記錄刻度針14對準刻度盤15中的角度值α。將掛鉤8從掛鈕9上撥開，彈楔2在彈簧6作用下自動外彈，彈楔2受所測巖土體裂隙另一壁面的限制，達到穩(wěn)定狀態(tài)，讀取刻度尺3上彈楔2對應(yīng)的刻度值，即為測得張開度e’。對于兩壁平行或近于平行的裂隙，其裂隙真實張開度可通過公式e = e’ Xcosa予以計算獲得。通過以上設(shè)備與操作，可較準確地獲得巖土體裂隙張開度參數(shù)。
[0033]如圖6所示，三角形ODC為塞尺橫剖面，O為楔尖轉(zhuǎn)軸10，OD為彈楔2所在面，OC為主楔I所在面，ABG線為按板5所在面，同時也為巖土體17層面，CD為刻度尺3所在面；ABFE為所測兩面壁相平行的裂隙16，AH為垂直于面壁AE和BF的裂隙16真張開度e，AB為裂隙16的視張開度e’ ；Z HAB為角a，即按板5和刻度尺3偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生的角度。塞尺中0B、OC均為固定值，則裂隙18的視張開度e’ = (XDX0B/0C，即刻度尺3上量度e’的刻度值與CD實際長度之間存在恒定的比例關(guān)系，有利于刻度尺3上刻度的橫向均勻分布。對于兩面壁近平行的巖土體裂隙ABFE，由幾何關(guān)系，能夠算出其真張開度e = e/ Xcosa。
【權(quán)利要求】
1.一種楔形彈簧塞尺，用于測量巖土體裂隙的張開度，其特征在于，包括主楔(I)和彈楔(2)，所述的主楔(I)頭部通過轉(zhuǎn)軸(10)與彈楔(2)頭部連接，主楔(I)尾部通過設(shè)置在主楔⑴上的彈簧槽(7)內(nèi)的彈簧(6)與彈楔⑵尾部連接，所述的主楔⑴包括設(shè)置在主楔⑴上表面尺槽⑷內(nèi)的刻度尺⑶和設(shè)置在主楔⑴下表面的按板(5)，所述的刻度尺(3)通過尺轉(zhuǎn)軸(11)與尺槽(4)樞接，所述的按板(5)通過按板轉(zhuǎn)軸(12)與主楔(I)樞接，并且按板轉(zhuǎn)軸(12)的量角端伸出主楔(I)外部，其上設(shè)有刻度針(14)，所述的主楔(I)在按板轉(zhuǎn)軸(12)的量角端處設(shè)有刻度盤(15)，所述的尺轉(zhuǎn)軸(11)通過傳動索(13)與按板轉(zhuǎn)軸(12)連接，使尺轉(zhuǎn)軸(11)在轉(zhuǎn)動時，按板轉(zhuǎn)軸(12)以等角速度反向轉(zhuǎn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種楔形彈簧塞尺，其特征在于，所述的尺轉(zhuǎn)軸(11)和按板轉(zhuǎn)軸(12)上均設(shè)有螺旋狀刻槽，所述的傳動索(13)通過螺旋狀刻槽分別與尺轉(zhuǎn)軸(11)和按板轉(zhuǎn)軸(12)緊固連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種楔形彈簧塞尺，其特征在于，所述的尺轉(zhuǎn)軸(11)上的螺旋狀刻槽與按板轉(zhuǎn)軸(12)上的螺旋狀刻槽旋轉(zhuǎn)方向相反。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種楔形彈簧塞尺，其特征在于，所述的傳動索(13)為剛性材質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種楔形彈簧塞尺，其特征在于，所述的刻度盤(15)的量程為-90度?90度，其刻度值按順時針依次增大，且O度值的刻線與主楔(I)下表面平行。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種楔形彈簧塞尺，其特征在于，當按板(5)與主楔(I)下表面垂直時，所述的刻度針(14)指向O度值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種楔形彈簧塞尺，其特征在于，所述的刻度尺(3)上的刻度值為按板轉(zhuǎn)軸(12)到主楔⑴楔尖的距離與尺轉(zhuǎn)軸(11)到主楔⑴楔尖的距離之比和其實際長度的乘積值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種楔形彈簧塞尺，其特征在于，所述的刻度尺(3)的量程大于或等于1cm，刻度間距小于Imm0
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種楔形彈簧塞尺，其特征在于，所述的主楔(I)尾部設(shè)有掛鉤(8)，所述的彈楔(2)尾部設(shè)有掛鈕(9)，所述的掛鉤(8)和掛鈕(9)在未測量時掛接在一起。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種楔形彈簧塞尺，其特征在于，所述的主楔(I)頭部和彈楔(2)頭部均為薄板狀楔體且縱截面為三角形。
【文檔編號】G01B5/14GK104501693SQ201410767932
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】王建秀, 吳林波, 邵雨樂, 劉紹莉, 高峰 申請人:同濟大學(xué)