[实用新型]一种描绘野外大型结构面表面形态的扫描装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及土木工程中的岩石力学试验领域，具体涉及一种描绘野外大型结构面 表面形态的扫描装置。

背景技术

随着我国水电工程和道路桥梁工程大量建设，对施工开挖过程中岩体的稳定性提出了 较高要求；同时我国也存在大量不稳定边坡和库岸，对于这些不稳定边坡和库岸的稳定性 分析是目前边坡工程研究的核心问题。一般认为，工程岩体稳定主要取决于岩体中结构弱 面的发育状况，因此在各类岩体工程稳定研究中，尤其是在岩坡稳定性分析中，岩体结构 面抗剪强度是一项极为重要的力学参数。

式中：是结构面摩擦角，i是突起体起伏角。

由于实际结构面大多数凹凸不平，起伏角变化较大而非常数，且研究表明Patton起 伏角i在不同正应力下力学效应不同，所以Barton又据试验提出了一个新的不规则岩体 结构面抗剪强度经验公式:

式中：τ是峰值强度，σ是有效法应力，JRC(JointRoughnessCoefficient)是粗糙度系数，JCS是弱面壁抗压强度，是基本摩擦角。

(2)式中的参数JCS的确定和量测技术均较成熟和方便，而JRC的量测则是较复杂和 困难。这是因为结构面粗糙起伏特征千变万化，难以用简单数学关系式准确表达。然而JRC 却是影响岩体结构面抗剪强度估算精度的重要参数。因此在运用Barton准则时，如何准 确量测确定JRC就成为一个重要的关键问题。

发明内容

为了解决这个问题以满足实际工程的需求，本实用新型在结合野外复杂地形条件的基 础上，提供了一种描绘野外大型结构面表面形态的扫描装置，可以扫描并记录野外大型结 构面的详细数据，进而对结构面的表面形态和立体形态进行模拟重建，为岩体工程开挖稳 定性模拟和滑坡稳定性模拟计算提供更精确的参数。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种描绘野外大型结构面表面形态的扫描装置，包括支架结构、导轨结构、激光扫描装 置。所述支架结构包括四个独立支架，每一个独立支架由承载架、伸缩式组合杆、底杆依 次连接构成。所述导轨结构包括四根圆筒导轨、两根条状导轨、滑动底座，所述圆筒导轨 上开设有定位孔，所述条状导轨上部连接有细齿链条，条状导轨下部设有滑轮导槽。

所述激光扫描装置包括激光测距设备、驱动电机、驱动齿轮、正反转电机、总控设备、滑 槽。激光测距设备位于滑槽内，激光测距设备通过链条连接正反转电机，正反转电机用于 驱动激光测距设备沿滑槽往返运动，驱动电机用于驱动激光扫描装置在条状导轨上运动， 所述驱动电机、正反转电机均连接总控设备。

滑动底座内设有滚珠，所述圆筒导轨通过滚珠与滑动底座滑动装配，滑动底座外侧设有紧 固螺栓，紧固螺栓用于穿过定位孔将圆筒导轨固定；滑动底座上部固定有条状导轨。细齿 链条与激光扫描装置的驱动齿轮嵌合，防护支架与滑轮导槽配合安装。

所述防护支架通过螺栓固定在激光扫描装置上。

所述条状导轨两端设有螺孔。

所述总控设备设有控制信号接收器。

一种描绘野外大型结构面表面形态的扫描方法，包括以下步骤：

步骤1：把激光扫描装置放在带有细齿链带的条状导轨上，并用螺栓把防护支架固定到激 光扫描装置上，以防止激光扫描装置4倾翻；

步骤2：通过总控设备把激光测距设备设为每间隔1/4秒测量一次，并把正反转电机的速 度设为4cm/s，当沿滑槽测完一个行程后，暂停2秒，然后返回，回到起点时，再次暂停2 秒，以此类推；

步骤3：通过总控设备控制驱动电机使激光扫描装置每间隔7秒以1cm/s的速度前进2cm；

步骤4：启动激光扫描装置进行扫描测量，当激光扫描装置运动到条状导轨的末端时，松 开滑动底座中的紧固螺栓，分别把条状导轨移动到对应第二个定位孔、第三个定位孔处固 定起来，然后再次启动激光扫描装置进行扫描测量；

重复以上步骤，直至完成扫描。

步骤1、步骤2中的时间参数和速度参数均以行程长度为基础，通过这种设定，确保激光 测距设备运行时，激光扫描装置是静止的，保证了测量的精度。

本实用新型一种描绘野外大型结构面表面形态的扫描装置，技术效果如下：

1)、有效地解决了野外大型结构面的描绘难题，能够提供更加精确可靠的结构面表 面形态数据，进而优化边坡与库岸安全防护的分析和预测结果；