一种锚头位移测量装置、系统及方法与流程

本发明涉及工程锚杆质量检测技术领域，更具体地说，涉及一种锚头位移测量装置、系统及方法。

背景技术：

在工程锚杆质量检测中，对锚头位移拔出量的检测，通常采用的是做基准梁架设百分表测锚头位移的方法，这种方法在检测支护锚杆时，因场地是一个斜面，架设难度高，时间长，影响工作效率，架表不规范时还存在读数误差大的情况。在其它场景下，也存在因百分表表头滑移、磁性表座扭转、基准梁晃动等原因造成读数误差较大等问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种锚头位移测量装置、系统及方法，解决架设难度高、时间长、影响工作效率及读数误差大的问题。

为解决上述问题，第一方面，本发明提供了一种锚头位移测量装置，包括测绳装置、绳本体、角度测量装置及支撑装置；

所述测绳装置用于收放所述绳本体、锁定所述绳本体的长度及对所述长度进行读数，所述测绳装置固定于锚杆的一端并与所述绳本体的一端连接；

所述角度测量装置用于测量锚杆在拔出过程中所述绳本体的角度变化，所述角度测量装置与所述绳本体的另一端连接并固定连接于所述支撑装置；

所述支撑装置用于固定于预设的土体处。

在本发明所述的锚头位移测量装置中，所述测绳装置与所述锚杆通过抱箍固定连接。

在本发明所述的锚头位移测量装置中，所述角度测量装置包括角度传感器及盒体；

所述角度传感器设置于所述盒体内并可于所述盒体内活动以测量锚杆在拔出过程中所述绳本体的角度变化，所述角度传感器与所述绳本体的另一端连接，所述盒体固定连接于所述支撑装置。

在本发明所述的锚头位移测量装置中，所述支撑装置包括固定杆及支架；

所述固定杆的顶端固定连接于所述盒体，所述固定杆的底部插入并固定在预设的土体处；所述支架固定于所述固定杆以支撑所述固定杆并使其保持稳定。

在本发明所述的锚头位移测量装置中，所述绳本体为采用钢绞线制成的柔性、带刻度标记的测绳。

第二方面，提供一种锚头位移测量系统，包括如上所述的锚头位移测量装置、锚杆、锚具、千斤顶及承压板；

所述锚杆的另一端插入预设的锚固土体处，所述锚具及所述千斤顶分别套设于所述锚杆，所述承压板设置于所述千斤顶及所述锚固土体所提供的支撑面之间。

第三方面，提供一种锚头位移测量方法，采用如上所述的锚头位移测量装置实现，包括：

读出绳本体的初始读数l1；

对所述绳本体施加试验力，在试验力施加结束后，读出此时的绳本体的当前读数l2以及角度传感器所示的绳本体偏转角∠α；

利用三角形余弦定理cosα＝(l1²+l2²-l3²)/(2*l1*l2)，计算得出出锚头位移l3。

在本发明所述的锚头位移测量方法中，所述读出绳本体的初始读数l1中：

所述初始读数l1为所述绳本体初始拉出的长度与角度传感器与所述绳本体的连接处至所述角度传感器球心的长度之和。

在本发明所述的锚头位移测量方法中，所述读出绳本体的初始读数l2中：

所述初始读数l2为所述绳本体当前拉出的长度与角度传感器与所述绳本体的连接处至所述角度传感器球心的长度之和。

在本发明所述的锚头位移测量方法中，还包括：

将所述绳本体与角度传感器保持在同一直线以使角度传感器的偏转方向与锚杆的拔出方向一致。

本发明的有益效果是：

安装简单，对场地要求不高，精确测量锚头位移。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种锚头位移测量装置及系统的结构示意图；

图2是本发明提供的一种锚头位移测量装置的实验初始示意图；

图3是本发明提供的一种锚头位移测量装置的实验结束示意图。

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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本发明中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本发明，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本发明。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本发明的描述变得晦涩。因此，本发明并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本发明所公开的原理和特征的最广范围相一致。

请参阅图1，图1是本发明提供的一种锚头位移测量装置及系统的结构示意图。该锚头位移测量装置包括测绳装置7、绳本体8、角度测量装置20及支撑装置30。所述测绳装置7用于收放所述绳本体8、锁定所述绳本体8的长度及对所述长度进行读数，所述测绳装置7固定于锚杆6的一端并与所述绳本体8的一端连接。

本实施例中，测绳装置7固定在锚杆6头部，与测绳(绳本体8)尾端连接。有收放测绳、锁定测绳长度、可对测绳长度自动读数、收纳测绳的功能。

所述角度测量装置20用于测量锚杆6在拔出过程中所述绳本体8的角度变化，所述角度测量装置20与所述绳本体8的另一端连接并固定连接于所述支撑装置30；所述角度测量装置20包括角度传感器9及盒体10；所述角度传感器9设置于所述盒体10内并可于所述盒体10内活动以测量锚杆6在拔出过程中所述绳本体8的角度变化，所述角度传感器9与所述绳本体8的另一端连接，所述盒体10固定连接于所述支撑装置30。

本实施例中，角度传感器9与绳本体8头端连接，可测量锚杆6在拔出过程中，绳体角度的变化。盒体10固定与收纳角度传感器9，底部可与固定杆11连接。具体的，盒体10应能稳定包裹住角度传感器9，且其底部有一螺栓孔，使其与固定杆11稳定连接。

所述支撑装置30用于固定于预设的土体13处。所述支撑装置30包括固定杆11及支架12；所述固定杆11的顶端固定连接于所述盒体10，所述固定杆11的底部插入并固定在预设的土体13处；所述支架12固定于所述固定杆11以支撑所述固定杆11并使其保持稳定。

本实施例中，固定杆11将角度传感器9固定在离锚杆6头合适的距离处，增大试验过程中的测绳(绳本体8)的偏转角度，提高试验精度。头部连接角度传感器9盒，底部插入并固定在不受试验影响的土体。支架12为可锁定的活动三角支架12，支架12底部有脚撑提供更大的接触面积。将固定杆11插入土体后，用该支架12支撑固定杆11，使整个测量装置保持稳定。固定杆11优选为可伸缩的刚性金属杆，头部与角度传感器9连接，底部可插入并固定在不受试验影响场地中。用支架12支撑插入土体后的固定杆11，使整个装置在试验过程中，不产生影响试验结果的晃动、位移。从而在整个试验中可保证在试验过程中，除锚杆6拔出的位移外，无其它位移影响试验结果。

所述测绳装置7与所述锚杆6通过抱箍固定连接。所述绳本体8为采用钢绞线制成的柔性、带刻度标记的测绳。

本实施例中，测绳(绳本体8)采用钢绞线制成的柔性、带刻度标记的测绳，在锚杆6拔出时，测绳会随之从测绳盒中拉出一段，因测绳拉出的力很小，力引起测绳的弹性变形和忽略不计。测绳装置7与锚杆6头有稳定可靠，不产生偏转的连接，可通过抱箍实现。测绳在试验过程中，应调整安装位置使测绳可以自然拉伸。测绳不宜过长，试验初测绳拉出长度宜控制在50～100cm内。盒体10与锚杆6头的稳定连接通过抱箍实现，使用橡胶阀等连接方式同样可达到该效果。

参见图1，本发明还提供一种锚头位移测量系统，该系统包括如上所述的锚头位移测量装置、锚杆6、锚具5、千斤顶4及承压板3；所述锚杆6的另一端插入预设的锚固土体1处，所述锚具5及所述千斤顶4分别套设于所述锚杆6，所述承压板3设置于所述千斤顶4及所述锚固土体1所提供的支撑面2之间。

锚头位移的本质为锚头位置的变化，本装置将锚头位置变化可分解为距离的变化与角度的变化进行测量，将距离的变化结合角度变化进行三角函数转换处理，即可得到锚头的准确位移量。对此，本发明提供一种锚头位移测量方法，采用如上所述的锚头位移测量装置实现，包括步骤s1-s3：

s1、读出绳本体8的初始读数l1；其中所述初始读数l1为所述绳本体8初始拉出的长度与角度传感器9与所述绳本体8的连接处至所述角度传感器9球心的长度之和。

本实施例中，试验初请参见图2，图2是本发明提供的一种锚头位移测量装置的实验初始示意图；读出绳本体8的初始读数l1。l1、l2应是“测绳拉出的长度”与“角度传感器9与测绳连接处至角度传感器9球心的长度”之和，故测绳刻度标记可从“角度传感器9与测绳连接处至角度传感器9球心的长度”开始记起。

s2、对所述绳本体8施加试验力，在试验力施加结束后，读出此时的绳本体8的当前读数l2以及角度传感器9所示的绳本体8偏转角∠α；其中所述初始读数l2为所述绳本体8当前拉出的长度与角度传感器9与所述绳本体8的连接处至所述角度传感器9球心的长度之和。

本实施例中，试验末参见图3，图3是本发明提供的一种锚头位移测量装置的实验结束示意图。读出此时的绳本体8读数l2、角度传感器9所示的测绳偏转角∠α，此时，l1、l2、锚头位移l3形成了一个三角形。

s3、利用三角形余弦定理cosα＝(l1²+l2²-l3²)/(2*l1*l2)，计算得出出锚头位移l3。

本实施例中，利用三角形余弦定理cosα＝(l1²+l2²-l3²)/(2*l1*l2)，即可解出锚头位移l3。在试验过程中，可能存在因l1、l2过长，引起偏转角α太小的问题，于是用固定杆11将角度传感器9盒固定在一个离锚头较近的位置，以此控制绳本体8的初始读数l1，使其不至于过大影响试验精度。

优选的，本锚头位移测量方法还包括步骤s4：

s4、将所述绳本体8与角度传感器9保持在同一直线以使角度传感器9的偏转方向与锚杆6的拔出方向一致。

本实施例中，保证绳本体8与角度传感器9在试验过程中始终保持在同一直线，也保证了角度传感器9的偏转方向与锚杆6的拔出方向一致。

综上所述，本发明所采用原理简单直接，通过测量三角形两边及其夹角，算出第三边边长的原理，来测算锚头位移。该装置与现有的基准梁结构相比，架设简单，尤其是进行一些边坡、基坑支护的试验时，对场地需求低的特点能提高工作效率。当连接好各节点时，本装置也不存在传统方式中百分表易滑移、基准梁晃动等问题，提高了试验的准确性。相比传统的基准梁法，架设方便，对场地要求低，仅需固定“测量装置固定杆11”便可使整个锚头位移测量装置稳定。在此基础上，使用了三角形的原理对锚头位移进行测读，因本发明的测绳盒固定点、角度传感器9固定点连接节点都是固定式的，相比传统的百分表直接读取锚头位移方式，可有效减少因百分表表头滑移、磁性表座扭转、基准梁晃动等试验误差。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。