一种裂缝三向变形测量仪及其使用方法与流程

本发明涉及地勘测量设备，尤其涉及一种裂缝三向变形测量仪及其使用方法。

背景技术：

1、地质裂缝是指岩石、山体或土壤中出现的裂隙或断裂带。这些裂缝通常是由地质构造运动、地震、地下水流动、地表沉降等因素引起的。地质裂缝的形成可能是瞬时的，也可能是长期积累的结果，地质裂缝的变形测量是地质勘探和工程建设中的重要环节，对于预防地质灾害、保障工程安全、促进地质勘探和研究、保护环境、减少灾害风险、保护人类生命财产和促进可持续发展具有重要意义。

2、授权公告号为cn101639353b的中国专利公开了一种地裂缝三向变形测量仪，包括分别固定在地裂缝左右两侧的两个竖直立杆、固定在两个竖直立杆间的水平张拉位移测试装置、安装在其中一竖直立杆上的竖直位移测试装置和水平剪切位移测试装置以及数据分析系统和由数据分析系统进行控制的告警单元；竖直位移测试装置包括竖直滑块和竖向线位移传感器；水平张拉位移测试装置包括水平支撑滑轴、水平支撑杆、水平滑块和水平向线位移传感器；水平剪切位移测试装置为角位移传感器；水平向线位移传感器、竖向线位移传感器和角位移传感器均接数据分析系统。

3、现有技术通常需要在裂缝两侧进行钻孔安装锚点，这会对裂缝产生影响，导致测量数值产生误差，并且如果在锚点之间出现新的裂缝，两锚点之间的测量数据会包含新裂缝的形变，现有技术无法有效应对，导致测量数值出现较大差异，从而影响变形数据的准确性和可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，而提出一种裂缝三向变形测量仪及其使用方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种裂缝三向变形测量仪，包括：

4、伸缩撑杆，包括同轴滑动套设的内筒体和外筒体，所述内筒体和外筒体之间设置有压缩弹簧，并且所述外筒体内设置有用于检测压缩弹簧实时弹力的压力传感器；

5、两组安装杆，对称安装于所述伸缩撑杆的两端，所述安装杆的中部垂直安装有安装轴，所述安装杆的两端向背离安装轴一侧弯曲，并且在所述安装杆的端部设置有稳定支撑机构；

6、活动连接件，用于连接所述伸缩撑杆和安装杆，使所述安装杆和伸缩撑杆之间能够转动任意角度；

7、所述安装轴内设置有用于限制活动连接件活动的限位机构，在所述活动连接件被限制活动时，两组所述安装杆与伸缩撑杆形成稳定的h型结构。

8、优选地，所述活动连接件包括连接套和连接杆，所述连接套与安装轴同轴转动连接，所述连接杆同轴固定在伸缩撑杆的端部，所述连接杆端部径向贯穿安装有第一转轴，所述第一转轴上转动连接有连接环，所述连接环外壁设置有与第一转轴相垂直的第二转轴，所述第二转轴与连接套转动连接，并且所述连接套、连接杆以及连接环处于同心状态；

9、所述第一转轴、第二转轴以及连接套上均安装有角度传感器。

10、优选地，所述内筒体外壁均匀分布有多根轴向设置的导向条，所述外筒体内壁开设有多条与导向条相适配的导向槽。

11、优选地，所述内筒体内转动设置有调节环，并且所述内筒体内滑动设置有垫片，所述垫片一侧与压缩弹簧相抵，所述垫片另一侧面固定连接有螺纹杆，所述螺纹杆与调节环中心螺纹连接。

12、优选地，所述垫片外周面设置有多个限位条，所述内筒体内壁开设有多条与限位条相适配的限位槽。

13、优选地，所述稳定支撑机构包括固定安装在安装杆端部的安装板，所述安装板上垂直设置有两个套筒，所述套筒内密封滑动设置有固定钉，并且在所述安装杆内设置有两组流道，所述流道的两端分别通过导管与套筒连接，使同一安装杆两端的套筒与流道形成一个密封腔室。

14、优选地，所述限位机构包括轴向滑动设置于安装轴内的矩形滑块，所述安装杆上开设有滑口，所述滑口将流道垂直截断，所述矩形滑块侧壁固定设置有与滑口密封滑动的封堵块，所述封堵块上开设有对应流道的连接孔；

15、所述矩形滑块远离封堵块的一侧固定设置有限位杆，所述连接套以及连接杆中心均开设有呈六边形的限位孔，所述限位杆上设置有两个分别对应连接套以及连接杆的限位块；

16、所述安装轴上滑动设置有用于驱动矩形滑块移动的驱动销，在所述矩形滑块向限位杆一侧移动至极限位置时，所述连接孔与流道连通，并且所述限位块与限位孔卡合，在所述矩形滑块向封堵块一侧移动至极限位置时，所述连接孔与流道错位，并且所述限位块与限位孔脱离。

17、优选地，所述驱动销包括两个垂直部和倾斜部，两个垂直部分别与倾斜部的两端面对正，所述矩形滑块内贯穿设置有穿口，所述驱动销贯穿穿口设置，在所述穿口两内壁分别安装有楔形块一和楔形块二，所述楔形块一斜面朝上，所述楔形块二斜面朝下，所述楔形块一和楔形块二的平面重合，并且所述楔形块一和楔形块二端部间距与驱动销宽度一致。

18、一种裂缝三向变形测量仪的使用方法，使用上述裂缝三向变形测量仪进行测量，包括以下步骤：

19、s1：仪器安装，通过所述限位机构对活动连接件进行活动限制，使得两组安装杆与伸缩撑杆形成稳定的h型结构，压缩伸缩撑杆将测量仪整个放入裂缝之中，保持伸缩撑杆垂直于裂缝，测量仪置于裂缝后松开伸缩撑杆，使压缩弹簧伸长，将两组安装杆端部的固定钉与裂缝内壁相抵，固定钉与裂缝内壁相抵时，在套筒内滑动，以适应裂缝内壁，直至各个固定钉均与裂缝内壁稳定接触后，控制限位机构解除对活动连接件的限制，同时将流道隔断，使固定钉保持稳定；

20、通过转动调节环，控制垫片移动，并预设该状态下的压力传感器的读数为初始数值。

21、s2：变形分析，测试仪安装完成后，通过远端设备监测压力传感器以及各个角度传感器的数值变化对裂缝的变形情况进行分析；

22、s3：数值计算，根据压力传感器的数值变化的绝对值，结合压缩弹簧的劲度系数得出伸缩撑杆的长度变化，角度传感器的数值变化可以得到伸缩撑杆在各个方向的角度变化，结合求出伸缩撑杆的伸缩量在各个方向的分量，各个分量即对应裂缝在各个方向的变形量。

23、本发明与现有技术相比具有以下优点：

24、1、本发明通过设置伸缩撑杆和安装杆，采用在裂缝内部内撑式的安装设计，监测裂缝的变形数据，排除了钻孔安装对测试结果的影响，同时消除了锚点之间在出现新裂缝时，新裂缝对数据的影响。

25、2、本发明通过设置限位机构，在安装测量仪时保证安装杆和伸缩撑杆处于垂直状态，并且固定钉可以伸缩适配裂缝内壁的不平整壁面，保证伸缩撑杆安装时处于垂直于裂缝的状态，提高测试的准确性，并且保证监测时段内数据的可比性，从而更好的捕捉裂缝的变形情况。完成安装后取消对活动连接件的限位，使得伸缩撑杆可以在任意方向活动，监测裂缝不同位置的变形。同时将固定针位置锁死，防止安装杆位置变化对数据监测的影响。

26、3、本发明通过设置活动连接件，使得安装杆与伸缩撑杆之间可以进行任意角度转动，配合多个角度传感器记录安装杆和伸缩撑杆之间的转动角度，可以分析出不同情况下的裂缝形变情况，相较于现有技术只能捕捉裂缝等距拉伸和剪切变形，本发明还可以适应裂缝的弯曲变形、不等距拉伸等特殊变形情况。结合伸缩撑杆的长度变化，可以得出在各个方向的位移分量，得出各向变形的位移具体数值。