本發(fā)明涉及一種結構面產(chǎn)狀測量儀器和結構面產(chǎn)狀測量方法，特別是一種應用于土木工程領域的結構面產(chǎn)狀測量儀器和結構面產(chǎn)狀測量方法。

背景技術：

在土木工程領域，結構面是指巖體內(nèi)開裂的和易開裂的面如層面、節(jié)理、斷層、片理等又稱不連續(xù)面。結構面的產(chǎn)狀是指結構面在空間的延展方位。包含三個要素，即走向、傾向和傾角。其中方位角：方位角又稱地平經(jīng)度(Azimuth(angle)縮寫Az)，是在平面上量度物體之間的角度差的方法之一。是從某點的指北方向線起，依順時針方向到目標方向線之間的水平夾角。

結構面產(chǎn)狀的表示方法有兩種：

1：只記傾向和傾角。如：160°∠40°

2：走向、傾向和傾角。如：N70°E/SE∠40°(兩個例子為同一結構面使用產(chǎn)狀的不同表示方法)

結構面走向是結構面與水平面相交線的方位，測量時將羅盤長邊的底棱角緊靠結構面，當圓形水準器氣泡居中時讀指北或指南針所指度數(shù)即所求(因走向線是一直線，其方向可兩邊延伸，故讀南、北針均可)。

結構面傾向的測量是指結構面向下最大傾斜方向線(真傾向線)在水平面上投影的方位。測量時將羅盤北段指向結構面向下傾斜的方向，以南端短棱靠著結構面，當圓形水準器氣泡居中時，讀指北針所指度數(shù)即所求。

結構面傾角是指結構面與假想水平面間的最大夾角，稱真傾角。真傾角可沿結構面真傾斜線測量求得，若沿其他傾斜測得的傾角均較真傾角小，稱為視傾角。測量時將羅盤側立，使羅盤邊長緊靠結構面，并用手指撥動底盤外之活動扳手，同時沿結構面移動羅盤，當管狀水準器氣泡居中時，測斜指針所指最大度數(shù)即結構面的真傾角。若測斜器是懸錘式的羅盤，方法與上基本相同，不同之處是手指按住底盤外的按鈕，懸錘則自由擺動，當達最大值時松開手指，懸錘固定所指的讀數(shù)即結構面的真傾角。

使用現(xiàn)有的機械羅盤方法對結構面產(chǎn)狀進行測量都必須使圓形水準器氣泡或管狀水準器氣泡居中，方能進行準確測量。當羅盤水平時其與與結構面相交，該交線方向即為結構面走向，傾向則為以該交線為法相方向的面在結構面傾斜方向上的水平投影方位角。傾角測量通過帶管狀水準器的測角器或懸錘式測斜器測量。使用機械羅盤測量中在保證羅盤棱邊緊靠結構面的同時確保水準器氣泡居中，方能準確測出結構面走向、傾向，同時還需通過調(diào)整管狀水準器或懸錘測量其傾角。該方法受測量環(huán)境及人為因素影響較大，測量速度較慢。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種使用方便，不用調(diào)整儀器水平，可以快速準確的測出結構面產(chǎn)狀的結構面產(chǎn)狀測量儀器。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的結構面產(chǎn)狀測量儀器，包括水平儀，球形指南針和框架，所述水平儀的外殼為圓柱形，并且該圓柱形的直徑大于圓柱形的高，所述球形指南針包括球形外殼和設置在球形外殼中的磁針；所述磁針包括南針和北針還包括懸垂，所述懸垂與球形外殼剛性連接，所述懸垂的延長線過球形外殼的球心，所述懸垂與磁針相互垂直，所述球形外殼中設置有方位角刻度盤，所述方位角刻度盤與懸垂垂直，所述球形外殼表面設置有傾角刻度線，所述框架內(nèi)壁為圓柱狀，所述球形指南針設置在框架內(nèi)壁中，所述框架內(nèi)壁與球形外殼接觸，并且球形指南針的球心在內(nèi)壁的回轉(zhuǎn)中心上，所述框架上設置有中央隔板，所述球形指南針的球心在中央隔板所處的平面上，所述水平儀設置在球形指南針上方，并且與框架固定連接。

進一步的是，在所述水平儀上方還設置有放大鏡。

本發(fā)明所要解決的另一個技術問題是提供一種使用方便，不用調(diào)整儀器水平，可以快速準確的測出結構面產(chǎn)狀的結構面產(chǎn)狀測量方法，包括以下幾個步驟：

A、將結構面產(chǎn)狀測量儀器平放在結構面上；

B、待氣泡位置穩(wěn)定后，測出南針從當前位置沿順時針方向轉(zhuǎn)動到氣泡中心位置與水平儀中心位置連線處所經(jīng)過的角度，該角度即為真傾向方位角；

C、取中央隔板與球形外殼相交處的所對應的傾角刻度線值為結構面真傾角。

本發(fā)明的有益效果是：本申請采用的儀器和方法不需要再保證羅盤棱邊緊靠結構面的同時確保水準器氣泡居中，也不需要同時調(diào)整管狀水準器或懸錘來測傾角。本申請的技術方案受測量環(huán)境及人為因素影響小，因此測量更加準確且，測量速度更快。

附圖說明

圖1是本申請的結構示意圖；

圖2是本申請球形指南針的結構示意圖；

圖3是本申請測量真傾角的原理圖；

圖4是實施例1測量真傾向的示意圖；

圖5是實施例1測量真傾角的示意圖；

圖6是實施例2測量真傾向的示意圖；

圖7是實施例2測量真傾角的示意圖；

圖中零部件、部位及編號：水平儀1，球形指南針2、框架3、中央隔板4、氣泡5、放大鏡6、南針7、北針8、傾角刻度線9、真傾向線10、懸垂11。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1所示，本申請的結構面產(chǎn)狀測量儀器，包括水平儀1，球形指南針2和框架3，所述水平儀1的外殼為圓柱形，并且該圓柱形的直徑大于圓柱形的高，水平儀1內(nèi)部填充有兩種互不相容并且密度不同的物質(zhì)，其中兩種密度不同的物質(zhì)通常兩選擇油和空氣，空氣在油中形成氣泡5，如圖2所示，所述球形指南針2包括球形外殼和設置在球形外殼中的磁針，所述磁針包括南針7和北針8；還包括懸垂11，所述懸垂11與球形外殼剛性連接，所述懸垂11的延長線過球形外殼的球心，所述懸垂11與磁針相互垂直，所述球形外殼中設置有方位角刻度盤，所述方位角刻度盤與懸垂11垂直，所述球形外殼表面設置有傾角刻度線9，所述框架3內(nèi)壁為圓柱狀，所述球形指南針2設置在框架3內(nèi)壁中，所述框架內(nèi)壁與球形外殼接觸，并且球形指南針2的球心在內(nèi)壁的回轉(zhuǎn)中心上，所述框架3上設置有中央隔板4，所述球形指南針2的球心在中央隔板4所處的平面上，所述水平儀1設置在球形指南針2上方，并且與框架3固定連接。其中懸垂11選擇密度較大的材料制成，目的是使懸垂11始終朝向豎直向下的方向。磁針由帶有磁性的材料制成，其中南針7指向地磁南極，北針8指向地磁北極。

傾向測量

將該儀器平放在結構面上。水平儀1的氣泡5自由移動到裝置邊緣，從氣泡5中心點到裝置中心點連線的方向線即為真傾向方向線。可讀儀器南針7，依順時針方向到該方向線即從氣泡5中心點到裝置中心點連線的方向線之間的夾角，為傾向的方位角。

如圖3所示，原理：氣泡5中心點到裝置的連線與水平面的夾角最大，該線為結構面的真傾向線10。因為裝置直徑為定值并且裝置為扁平圓柱形，氣泡5密度遠小于裝置內(nèi)液體密度，氣泡5位于裝置內(nèi)最高點，即該點距離假想水平面在裝置下方最大。因氣泡5中心點到裝置中心點的連線與水平面的夾角最大，該方向即為結構面的傾向。方位角為從指北針8方向線起，依順時針方向到該方向線之間的水平夾角。測量裝置的指南針與指北針8夾角為180°，因此傾向的方位角為儀器南針7，依順時針方向到該方向線即從裝置中心點到氣泡5中心點連線的方向線之間的夾角。

傾角測量

如圖3所示，傾角的讀?。鹤x取中央隔板4所指的球形指南針2上最大度數(shù)，或根據(jù)真傾向線10原理，結構面向下最大傾斜方向線為真傾向線10，則氣泡5中心點與裝置的連線在中央隔板4所指的度數(shù)為結構面真傾角。

原理：球形指南針2水平面是以過球心的懸錘線為法線的平面，球形指南針2上的傾角刻度線9是以球心為圓錐頂點，2×90°－刻度值為圓錐錐角，圓錐底面平行球形指南針2水平面的圓錐與球面的交線。懸錘起始點為球心，通過懸錘和中央平衡板在重力的作用下，懸錘始終保持垂直，中央平衡板保持水平。測量時儀器中央隔板4與結構面平行，球形指南針2中央平衡板保持水平，即球形指南針2零度線始終水平，根據(jù)幾何關系，讀取球形指南針2上的傾角刻度即可得到結構面真傾角。

在所述水平儀1上方還設置有放大鏡6。為了便于操作人員更容易看清刻度盤的刻度，從而快速方便地讀取方位角，在水平儀1上方設置了有放大鏡6。

為了便于操作人員讀取測量數(shù)據(jù)，所述水平儀1中的兩種互不相容的物質(zhì)可以采用不同的顏色。

本申請所采用的結構面產(chǎn)狀測量方法，包括以下幾個步驟：

A、將結構面產(chǎn)狀測量儀器平放在結構面上；

B、待氣泡5位置穩(wěn)定后，測出南針7從當前位置沿順時針方向轉(zhuǎn)動到氣泡5中心位置與水平儀1中心位置連線處所經(jīng)過的角度，該角度即為真傾向方位角；

C、取中央隔板4與球形外殼相交處的所對應的傾角刻度線9值為結構面真傾角。

實施例1

將結構面產(chǎn)狀測量儀器平放在結構面上，儀器穩(wěn)定后氣泡5的位置如圖所示：

如圖4所示，圖中氣泡5對應290度刻度線位置，南針7位于210度刻度線位置，則南針7從當前位置沿順時針方向轉(zhuǎn)動到氣泡5中心位置與水平儀1中心位置連線處所經(jīng)過的角度為80度，即真傾向方位角為80度。

儀器穩(wěn)定后球形外殼與中央隔板4的相對位置關系如圖5所示，此時中央隔板4對應20度傾角的刻度線，因此結構面真傾角為20度。

實施例2

將結構面產(chǎn)狀測量儀器平放在結構面上，儀器穩(wěn)定后氣泡5的位置如圖所示：

如圖6所示，圖中氣泡5對應290度刻度線位置，南針7位于90度刻度線位置，則南針7從當前位置沿順時針方向轉(zhuǎn)動到氣泡5中心位置與水平儀1中心位置連線處所經(jīng)過的角度為200度，即真傾向方位角為200度。

儀器穩(wěn)定后球形外殼與中央隔板4的相對位置關系如圖7所示，此時中央隔板4對應40度傾角的刻度線，因此結構面真傾角為40度。