一種鉆孔巖芯層面傾角測(cè)量儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種鉆孔巖芯層面傾角測(cè)量儀，包括順序連接的測(cè)量單元、調(diào)節(jié)單元和巖芯固定組件，所述測(cè)量單元包括讀數(shù)盤、指示桿和貼合板，所述讀數(shù)盤呈扇形，讀數(shù)盤的弧形側(cè)邊上設(shè)有角度刻度，指示桿和貼合板的端部固連并且相互垂直，指示桿和貼合板的連接處與讀數(shù)盤的圓心鉸接，調(diào)節(jié)單元包括上軸架、下軸架、調(diào)節(jié)手柄和齒輪齒條機(jī)構(gòu)；本發(fā)明提供的傾角測(cè)量儀嚴(yán)格按照巖層傾角測(cè)量的相關(guān)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了相互垂直的貼合板與指示桿，巖芯傾角測(cè)量過程，因巖芯是放置在托槽內(nèi)的，因此只要巖芯層面與貼合板貼合就可快速讀取傾角讀數(shù)，摒棄了傳統(tǒng)測(cè)傾角需先通過反復(fù)調(diào)儀器確定傾向這一繁瑣過程，極大的提高的測(cè)量傾角的效率。
【專利說明】
一種鉆孔巖芯層面傾角測(cè)量儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種鉆孔巖芯傾角測(cè)量儀器，屬于巖土工程勘察技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鉆孔巖芯中層面的傾角是巖土工程勘察中鉆探所需要揭示的重要地層信息之一。精確地獲取巖芯中層面的傾角是準(zhǔn)確建立斜坡地質(zhì)模型的重要基礎(chǔ)，在斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中具有重要的工程實(shí)踐意義。通過巖芯傾角信息獲取地層傾角在地下空間上的分布規(guī)律，有助于分析地下巖層構(gòu)造發(fā)育特點(diǎn)。在巖層傾角隨深度有著明顯變化的區(qū)域，探明層面傾角隨深度的變化規(guī)律，可用于分析斜坡體變形特征，劃分斜坡變形強(qiáng)弱區(qū)域，甚至是判斷斜坡潛在滑動(dòng)面，從而為評(píng)價(jià)斜坡災(zāi)害提供更為可靠的地質(zhì)模型。
[0003]目前確定巖芯層面的方法或手段主要有:(I)憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估計(jì)。由于野外沒有專門的工具對(duì)巖芯層面傾角進(jìn)行測(cè)量，很多工程師憑經(jīng)驗(yàn)判斷，誤差往往較大。(2)采用羅盤進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)羅盤測(cè)量的基本原理可知，測(cè)量巖芯層面傾角的準(zhǔn)確度與測(cè)量時(shí)巖芯是否鉛直密切相關(guān)，而靠手持巖芯很難保證巖芯豎直，且效率不高。(3)采用半圓形量角器進(jìn)行測(cè)量。由于很難保證圓形刻度板底邊與巖芯垂直，也很難確定層面的傾向，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度很難得到保證。尚未發(fā)現(xiàn)專門的儀器或設(shè)備用于測(cè)量巖芯層面傾角。
[0004]因而，發(fā)明一種鉆孔巖芯層面傾角測(cè)量儀，在野外鉆探勘察中既能準(zhǔn)確又能快速讀取巖芯層面傾角，對(duì)充分揭露地下地質(zhì)體結(jié)構(gòu)具有十分重要的意義，在斜坡災(zāi)害評(píng)價(jià)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，并提供一種鉆孔巖芯層面傾角測(cè)量儀，能夠通過鉆孔巖芯精確快速地獲取地下巖層傾角，對(duì)充分揭露地下地質(zhì)體結(jié)構(gòu)情況具有十分重要的意義。
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案為，一種鉆孔巖芯層面傾角測(cè)量儀，包括順序連接的測(cè)量單元、調(diào)節(jié)單元和巖芯固定組件，所述測(cè)量單元包括讀數(shù)盤、指示桿和貼合板，所述讀數(shù)盤呈扇形，讀數(shù)盤的弧形側(cè)邊上設(shè)有角度刻度，指示桿和貼合板的端部固連并且相互垂直，指示桿和貼合板的連接處與讀數(shù)盤的圓心鉸接;所述調(diào)節(jié)單元為伸縮機(jī)構(gòu)。
[0007]所述讀數(shù)盤為中空結(jié)構(gòu)，讀數(shù)盤的弧形側(cè)面上開設(shè)有弧形卡槽，所述指示桿位于讀數(shù)盤的扇形中空內(nèi)腔中，指示桿的頂端設(shè)有與弧形卡槽相配合的滑塊，滑塊嵌于弧形卡槽中并且可沿弧形卡槽滑動(dòng)。
[0008]所述讀數(shù)盤的兩個(gè)扇形表面的弧形側(cè)邊上均開設(shè)有與讀數(shù)盤內(nèi)腔連通的弧形滑道，弧形滑道與讀數(shù)盤的弧形側(cè)邊共圓心。
[0009]所述指示桿的上部穿插固定有與指示桿垂直的插銷，插銷位于滑塊下方并且插銷的端部突出于弧形滑道，插銷的兩端均固定有與指示桿平行的指針。
[0010]所述角度刻度位于弧形滑道的內(nèi)側(cè)，指針的頂尖位于角度刻度上。[0011 ]所述調(diào)節(jié)單元包括上軸架、下軸架、調(diào)節(jié)手柄和齒輪齒條機(jī)構(gòu)，下軸架套于上軸架的下端上，齒輪齒條機(jī)構(gòu)的齒條平行于上軸架軸線安裝于上軸架的內(nèi)腔中，上軸架上沿其軸向開設(shè)有與上軸架內(nèi)腔連通的滑槽，調(diào)節(jié)手柄安裝于下軸架的上端，齒輪齒條機(jī)構(gòu)的齒輪安裝于調(diào)節(jié)手柄的轉(zhuǎn)桿上并且與調(diào)節(jié)手柄的轉(zhuǎn)盤共圓心，調(diào)節(jié)手柄的轉(zhuǎn)盤位于下軸架夕卜、轉(zhuǎn)桿位于滑槽中。
[0012]讀數(shù)盤焊接固定于上軸架的頂端。
[0013]所述巖芯固定組件為托槽，所述托槽為半圓柱管殼，下軸架焊接固定于托槽的外表面上。
[0014]所述托槽的頂邊為斜削邊。
[0015]由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的鉆孔巖芯層面傾角測(cè)量儀，主體包括測(cè)量單元、調(diào)節(jié)單元和巖芯固定組件，其中測(cè)量單元包括讀數(shù)盤、指示桿和貼合板，讀數(shù)盤呈扇形，其上設(shè)置角度刻度，指示桿和貼合板的端部固連并且相互垂直，指示桿和貼合板的連接處與讀數(shù)盤的圓心鉸接，進(jìn)行傾角測(cè)量時(shí)通過巖芯固定組件固定巖芯，將貼合板與巖芯層面貼合，由于指示桿和貼合板相互垂直，因此貼合板轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與指示桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角度相同，即為巖芯層面傾角，指示桿與讀數(shù)盤的圓心鉸接，指示桿指示的角度刻度即為待測(cè)巖芯層面的傾角；調(diào)節(jié)單元為伸縮機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)單元位于測(cè)量單元與巖芯固定組件之間，用于調(diào)節(jié)裝置整體長度，以適應(yīng)不同尺寸的巖芯。
[0016]讀數(shù)盤為中空結(jié)構(gòu)，指示桿封裝于讀數(shù)盤的扇形中空內(nèi)腔中，避免野外測(cè)量時(shí)掉落的碎石等顆粒碰撞指示桿引起指示桿損壞或讀數(shù)誤差;讀數(shù)盤的弧形側(cè)面上開設(shè)有弧形卡槽，指示桿的頂端設(shè)有與弧形卡槽相配合的滑塊，滑塊嵌于弧形卡槽中并且可沿弧形卡槽滑動(dòng)，滑塊與指示桿共同轉(zhuǎn)動(dòng)，由于滑塊嵌于弧形卡槽中，弧形卡槽限制滑塊在垂直于弧形卡槽方向的自由度，并且滑塊相比于指示桿長度短，自身不會(huì)產(chǎn)生撓度，通過滑塊指示傾角讀數(shù)可保證讀數(shù)的準(zhǔn)確性。
[0017]讀數(shù)盤的兩個(gè)扇形表面的弧形側(cè)邊上均開設(shè)有與讀數(shù)盤內(nèi)腔連通的弧形滑道，弧形滑道與讀數(shù)盤的弧形側(cè)邊共圓心，指示桿的上部穿插固定有與指示桿垂直的插銷，插銷的兩端均固定有與指示桿平行的指針，指針的頂尖位于角度刻度上，指針、插銷、滑塊和指示桿共同運(yùn)動(dòng)，指針的頂尖體積小，可實(shí)現(xiàn)精確讀數(shù)，提高讀數(shù)的精度。
[0018]本發(fā)明中調(diào)節(jié)單元通過上軸架與下軸架構(gòu)成的滑動(dòng)副和齒輪齒條機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)裝置整體長度的調(diào)節(jié)，上軸架上沿其軸向開設(shè)有與上軸架內(nèi)腔連通的滑槽，調(diào)節(jié)手柄的轉(zhuǎn)桿位于滑槽中，齒輪齒條機(jī)構(gòu)的齒輪安裝于調(diào)節(jié)手柄的轉(zhuǎn)桿上、齒條安裝于上軸架的內(nèi)腔中，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄即可實(shí)現(xiàn)上軸架的升降，滑動(dòng)副、齒輪齒條機(jī)構(gòu)以及滑槽的設(shè)置使得上軸架的升降運(yùn)動(dòng)為有軌運(yùn)動(dòng)，輔助確保傾角測(cè)量的準(zhǔn)確性。
[0019]巖芯固定組件為半圓柱管殼狀托槽，由于巖芯均為圓柱狀，托槽可與巖芯的圓柱表面完美貼合，形成測(cè)量基準(zhǔn)，保證傾角測(cè)量的準(zhǔn)確性;托槽的頂邊為斜削邊，使得巖芯的層面更好地與貼合板貼合，避免貼合板被托槽外緣頂住而不容易實(shí)現(xiàn)貼合板與巖芯層面貼合，斜削邊的設(shè)計(jì)使得調(diào)節(jié)單元的總伸縮長度縮短，縮減儀器的整體尺寸，提高儀器的穩(wěn)定性。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的鉆孔巖芯層面傾角測(cè)量儀的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0021]1、本發(fā)明提供的傾角測(cè)量儀嚴(yán)格按照巖層傾角測(cè)量的相關(guān)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，克服了現(xiàn)有巖層傾角測(cè)量手段的隨意性，發(fā)明的測(cè)量精度相較于現(xiàn)有技術(shù)本有極大的提高。
[0022]2、本發(fā)明提供的傾角測(cè)量儀設(shè)計(jì)了相互垂直的貼合板與指示桿，巖芯傾角測(cè)量過程，因巖芯是放置在托槽內(nèi)的，因此只要巖芯層面與貼合板貼合就可快速讀取傾角讀數(shù)，摒棄了傳統(tǒng)測(cè)傾角需先通過反復(fù)調(diào)儀器確定傾向這一繁瑣過程，極大的提高的測(cè)量傾角的效率。
[0023]3、本發(fā)明提供的傾角測(cè)量儀自重輕，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，具有便攜特點(diǎn)，適合野外攜帶開展工作;該儀器可廣泛應(yīng)用與巖土工程教學(xué)、生產(chǎn)、科研等領(lǐng)域，可以快速、準(zhǔn)確的獲取巖芯傾角，滿足巖土工程現(xiàn)場(chǎng)勘查的需要。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明提供的鉆孔巖芯層面傾角測(cè)量儀的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為本發(fā)明提供的鉆孔巖芯層面傾角測(cè)量儀的側(cè)視圖。
[0026]圖3為本發(fā)明提供的鉆孔巖芯層面傾角測(cè)量儀的俯視圖。
[0027]圖4為圖3的A-A’截面圖。
[0028]圖5為圖3的B-B ’截面圖。
[0029]圖6為巖層傾角的模型圖。
[0030]圖7為本發(fā)明提供的鉆孔巖芯層面傾角測(cè)量儀的測(cè)量原理圖。
[0031]其中，1-讀數(shù)盤，2-指示桿，3-貼合板，4-滑塊，5-指針，6-插銷，7-上軸架，8-下軸架，9-齒條，I O-手柄，101-轉(zhuǎn)盤，102-轉(zhuǎn)桿，11-滑槽，12-齒輪，13-弧形滑道，14-弧形卡槽，15-長條銷軸，16-托槽，17-角度刻度，18-巖芯。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)具體說明，本發(fā)明的內(nèi)容不局限于以下實(shí)施例。
[0033]本發(fā)明提供的鉆孔巖芯層面傾角測(cè)量儀，其結(jié)構(gòu)如圖1至圖3所示，包括順序連接的測(cè)量單元、調(diào)節(jié)單元和巖芯固定組件；
[0034]所述測(cè)量單元包括讀數(shù)盤1、指示桿2和貼合板3，所述讀數(shù)盤呈扇形中空結(jié)構(gòu)，讀數(shù)盤的弧形側(cè)邊上設(shè)有角度刻度17，讀數(shù)盤的弧形側(cè)面上開設(shè)有弧形卡槽14，指示桿2為圓柱桿，指示桿2位于讀數(shù)盤的扇形中空內(nèi)腔中，讀數(shù)盤內(nèi)腔的兩直角邊上均開有半圓柱槽，便于指示桿水平與垂直放置，指示桿的頂端設(shè)有與弧形卡槽14相配合的滑塊4，滑塊14嵌于弧形卡槽中并且可沿弧形卡槽滑動(dòng)，讀數(shù)盤I的兩個(gè)扇形表面的弧形側(cè)邊上均開設(shè)有與讀數(shù)盤內(nèi)腔連通的弧形滑道13，弧形滑道13位于角度刻度17的外側(cè)并且與讀數(shù)盤的弧形側(cè)邊共圓心，參見圖4，指示桿2的上部穿插固定有與指示桿垂直的插銷6，插銷6位于滑塊4下方并且插銷的端部突出于弧形滑道13，插銷的兩端均固定有與指示桿平行的指針5，指針5的頂尖位于角度刻度17上，所述貼合板3呈舌狀，指示桿2和貼合板3的端部固連并且相互垂直，指示桿和貼合板的連接處與讀數(shù)盤I的圓心鉸接；
[0035]如圖4和圖5所示，所述調(diào)節(jié)單元包括上軸架7、下軸架8、調(diào)節(jié)手柄10和齒輪齒條機(jī)構(gòu)，下軸架8套于上軸架7的下端上，讀數(shù)盤I焊接固定于上軸架7的頂端，指示桿和貼合板的連接處以及上軸架7的頂端通過一長條銷軸15鉸接，齒輪齒條機(jī)構(gòu)的齒條9平行于上軸架軸線安裝于上軸架7的內(nèi)腔中，上軸架上沿其軸向開設(shè)有與上軸架內(nèi)腔連通的滑槽11，調(diào)節(jié)手柄10安裝于下軸架的上端，齒輪齒條機(jī)構(gòu)的齒輪12安裝于調(diào)節(jié)手柄10的轉(zhuǎn)桿102上并且與調(diào)節(jié)手柄的轉(zhuǎn)盤1I共圓心，調(diào)節(jié)手柄的轉(zhuǎn)盤1I位于下軸架8外、轉(zhuǎn)桿102位于滑槽11中；
[0036]所述巖芯固定組件為托槽16，托槽16為半圓柱管殼，下軸架8焊接固定于托槽16的外表面上，托槽的頂邊為斜削邊。
[0037]下面結(jié)合圖6和圖7對(duì)本發(fā)明提供的鉆孔巖芯層面傾角測(cè)量儀的測(cè)量原理進(jìn)行闡述:
[0038]從幾何關(guān)系上，巖層傾角是巖層層面SI與水平面S2的夾角。在地質(zhì)學(xué)中，將巖層層面與水平面的交線稱為走向線(AOB);在巖層面上與走向線垂直并沿層面向下所引的直線叫傾斜線(OD);傾斜線在水平面上的投影線為傾向線(OC)，也就是過傾斜線且與走向線AOB垂直的橫截面S3同水平面S2交線(0C);傾斜線OD與傾向線OC之間的夾角即為巖層傾角(圖6中α角)。根據(jù)上述層面傾角的相關(guān)定義可知，圖7中巖芯層面的傾角為巖芯層面(C1)與任意垂直與巖芯18軸線的水平面(C2)的夾角。只要確保90°的扇形刻度盤的一邊L1與巖芯軸線平行，扇形讀數(shù)盤I與層面垂直，那么讀數(shù)盤與層面C1的交線即為傾斜線(L3),扇形讀數(shù)盤的另一邊1^為傾向線。因此，L^L3的夾角即為傾角(αι)。進(jìn)一步設(shè)計(jì)平行于層面&的貼合板3以及與貼合板3垂直的指示桿2，根據(jù)相關(guān)幾何關(guān)系可知，指示桿2與1^的夾角α2與傾角Ct1大小一致，故可在指示桿指示方向標(biāo)出相應(yīng)讀數(shù)顯示傾角大小。
[0039]將上述裝置應(yīng)用于鉆孔巖芯傾角測(cè)量時(shí)，其操作步驟主要為:
[0040](I)借助特定工具，如地質(zhì)錘等，緩緩敲擊巖芯，揭露出巖芯層面，或是選取層面暴露的巖芯，為下一步做準(zhǔn)備；
[0041](2)把處理好的巖芯放置在托槽上，將露出層面的一端向上，斜放測(cè)量儀，并調(diào)整合適的傾斜角度，使得巖芯可順利在托槽內(nèi)上下滑動(dòng)和環(huán)向轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0042](3)通過滑動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)巖芯，使得巖芯層面與測(cè)量儀的貼合板貼合。倘若上下滑動(dòng)巖芯過程中貼合板與托槽有接觸或巖芯底端有脫離托槽的趨勢(shì)，可適當(dāng)調(diào)節(jié)手柄，調(diào)整貼合板與托槽之間距離，以便貼合板與巖芯層面順利貼合；
[0043](4)讀取指示桿上指針?biāo)甘镜淖x數(shù)，即可測(cè)得巖芯層面的傾角。
[0044]本發(fā)明的核心在于相互垂直的貼合板、指示桿以及托槽，能夠通過托槽固定巖芯軸向位置，通過貼合板與巖芯層面貼合即可快速精確的讀取巖芯傾角大小。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變形而不脫離本發(fā)明的范圍和精神，例如托槽的開口范圍與直徑，其開口范圍與直徑可根據(jù)具體巖芯的直徑設(shè)置相應(yīng)尺寸;齒條的長度可根據(jù)具體巖層傾角測(cè)量的范圍進(jìn)行設(shè)置;讀數(shù)盤與上軸架以及托槽與下軸架之間的固定焊接，也可設(shè)計(jì)為鉸接或其他連接方式。倘若這些改動(dòng)和變形屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變形在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鉆孔巖芯層面傾角測(cè)量儀，其特征在于:包括順序連接的測(cè)量單元、調(diào)節(jié)單元和巖芯固定組件，所述測(cè)量單元包括讀數(shù)盤、指示桿和貼合板，所述讀數(shù)盤呈扇形，讀數(shù)盤的弧形側(cè)邊上設(shè)有角度刻度，指示桿和貼合板的端部固連并且相互垂直，指示桿和貼合板的連接處與讀數(shù)盤的圓心鉸接;所述調(diào)節(jié)單元為伸縮機(jī)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔巖芯層面傾角測(cè)量儀，其特征在于:所述讀數(shù)盤為中空結(jié)構(gòu)，讀數(shù)盤的弧形側(cè)面上開設(shè)有弧形卡槽，所述指示桿位于讀數(shù)盤的扇形中空內(nèi)腔中，指示桿的頂端設(shè)有與弧形卡槽相配合的滑塊，滑塊嵌于弧形卡槽中并且可沿弧形卡槽滑動(dòng)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉆孔巖芯層面傾角測(cè)量儀，其特征在于:所述讀數(shù)盤的兩個(gè)扇形表面的弧形側(cè)邊上均開設(shè)有與讀數(shù)盤內(nèi)腔連通的弧形滑道，弧形滑道與讀數(shù)盤的弧形側(cè)邊共圓心。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鉆孔巖芯層面傾角測(cè)量儀，其特征在于:所述指示桿的上部穿插固定有與指示桿垂直的插銷，插銷位于滑塊下方并且插銷的端部突出于弧形滑道，插銷的兩端均固定有與指示桿平行的指針。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鉆孔巖芯層面傾角測(cè)量儀，其特征在于:所述角度刻度位于弧形滑道的內(nèi)側(cè)，指針的頂尖位于角度刻度上。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔巖芯層面傾角測(cè)量儀，其特征在于:所述調(diào)節(jié)單元包括上軸架、下軸架、調(diào)節(jié)手柄和齒輪齒條機(jī)構(gòu)，下軸架套于上軸架的下端上，齒輪齒條機(jī)構(gòu)的齒條平行于上軸架軸線安裝于上軸架的內(nèi)腔中，上軸架上沿其軸向開設(shè)有與上軸架內(nèi)腔連通的滑槽，調(diào)節(jié)手柄安裝于下軸架的上端，齒輪齒條機(jī)構(gòu)的齒輪安裝于調(diào)節(jié)手柄的轉(zhuǎn)桿上并且與調(diào)節(jié)手柄的轉(zhuǎn)盤共圓心，調(diào)節(jié)手柄的轉(zhuǎn)盤位于下軸架外、轉(zhuǎn)桿位于滑槽中。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鉆孔巖芯層面傾角測(cè)量儀，其特征在于:讀數(shù)盤焊接固定于上軸架的頂端。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鉆孔巖芯層面傾角測(cè)量儀，其特征在于:所述巖芯固定組件為托槽，所述托槽為半圓柱管殼，下軸架焊接固定于托槽的外表面上。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鉆孔巖芯層面傾角測(cè)量儀，其特征在于:所述托槽的頂邊為斜削邊。
【文檔編號(hào)】G01B5/24GK106052534SQ201610338475
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月19日
【發(fā)明人】鄒宗興, 唐輝明, 熊承仁, 蘇愛軍, 韓天驊, 譚欽文, 溫韜
【申請(qǐng)人】中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）