[发明专利]一种地裂缝三向位移监测装置及地裂缝三向位移监测方法

权利要求书

1.一种地裂缝三向位移监测装置，包括接收器基板(3)、发射器基板(5)、发射器底座(7)、网格板(8)、激光测距仪(9)，所述网格板(8)竖立在接收器基板(3)的上表面并平行于裂缝的沿伸方向布置，所述激光测距仪(9)安装在发射器底座(7)内，发射器底座(7)固定在发射器基板(5)的上表面使激光测距仪(9)垂直对准网格板(8)，所述接收器基板(3)和发射器基板(5)的各布置在一组支撑杆组件上端，并相对布置在所述裂缝两侧，其特征在于：

每组支撑杆组件包括相互衔接的地上支撑杆组件和地下支撑杆组件，所述地下支撑杆组件由锚固在岩体中一根锚杆一(11)和两根锚杆二(12)组成，锚杆一(11)和锚杆二(12)上端露出岩体组成三角阵列，其中贴近所述裂缝的一根锚杆一(11)的上端固定有衔接模块(112)，另两根锚杆二(12)的上端与连接公头(122)连接，所述衔接模块(112)背向锚杆一(11)的一侧设有球形槽(114)、球体一(351)和可容纳螺杆(113)的线型凹槽(116)，所述球形槽(114)内安装有可转动的球体一(351)，形成第一球形铰结构(115)，所述线型凹槽(116)贯穿该球形槽(114)的中心并与该锚杆一(11)垂直，所述螺杆(113)从所述线型凹槽(116)中横穿所述球形槽(114)及球体一(351)，并与该球体一(351)过渡配合，所述线型凹槽(116)的深度大于所述螺杆(113)的直径，且宽度与所述螺杆(113)的直径匹配，使球体一(351)可绕螺杆(113)的轴线转动和随螺杆(113)沿线型凹槽(116)的内壁上下滑动，并避免绕所述锚杆一(11)转动；

所述地上支撑杆组件包括与球体一(351)固定连接的固定杆(35)，和套装在连接公头(122)上长度可调的调节杆(4)，所述调节杆(4)的上端与接收器基板(3)或发射器基板(5)通过第二球形铰结构(36)转动连接，所述固定杆(35)的上端与接收器基板(3)或发射器基板(5)垂直固定，所述接收器基板(3)和发射器基板(5)上设有水准泡(34)，所述网格板(8)的坐标原点和激光测距仪(9)的发射点均位于固定杆(35)的中轴线的延长线上；

所述监测装置在测量地裂缝三向位移的过程中的读数时，调节杆(4)均被调节使接收器基板(3)和发射器基板(5)处于水平位置。

2.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述接收器基板(3)上表面设有与网格板(8)的侧面轮廓匹配的切槽(32)，切槽(32)两端设有垂直接收器基板(3)的定位杆(33)，所述网格板(8)设有与定位杆(33)配合的插孔(81)。

3.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述发射器基板(5)的上表面设有与发射器底座(7)底面配合的凹槽(52)，发射器基板(5)的上表面还设有定向杆(53)，所述发射器底座(7)设有与定向杆(53)配合的圆形孔。

4.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述调节杆(4)下端设有能插接连接公头(122)的套筒(433)，该套筒(433)上设有紧固螺栓(435)能穿过套筒壁锁紧套筒(433)内的连接公头(122)。

5.基于权利要求1所述的监测装置的地裂缝三向位移测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，在裂缝内侧和外侧且紧邻裂缝边缘处分别埋设地下支撑杆组件，使裂缝内侧和裂缝外侧的锚杆一(11)的连线垂直于裂缝的沿伸方向，并保证锚杆一(11)和锚杆二(12)下端埋入岩土里有足够的深度，使得锚杆一(11)和锚杆二(12)与裂缝两侧的岩土体一起变形，其中裂缝的内侧是指裂缝旁海拔高度低的一侧，裂缝的外侧是指裂缝旁海拔高度高的一侧；

然后，在锚杆一(11)的上端安装固定杆(35)及第一球形铰结构(115)，在锚杆二(12)的上端安装连接公头(122)，并将所述调节杆(4)套装在连接公头(122)上，将接收器基板(3)安装在裂缝内侧的地上支撑杆组件上，将发射器基板(5)安装在裂缝外侧的地上支撑杆组件上，使接收器基板(3)和发射器基板(5)调至水平状态；

接着，在接收器基板(3)上安装网格板(8)，使网格板(8)平行于裂缝的沿伸方向，在发射器基板(5)上安装发射器底座(7)和激光测距仪(9)，使网格板(8)的坐标原点和激光测距仪(9)的发射点均位于固定杆(35)的中轴线的延长线上，激光测距仪(9)发射的激光投射到网格板(8)的坐标原点，并读取激光测距仪(9)与网格板(8)的间距记为x₁，网格板上的坐标记为(y₁，z₁)，完成初始位置记录；

步骤S2，在裂缝变形发生位移后，再次将接收器基板(3)和发射器基板(5)调至水平状态，使激光测距仪(9)发射的激光投射到网格板(8)上，并读取激光测距仪(9)与网格板(8)的间距记为x₂，网格板上的坐标记为(y₂，z₂)，完成变形位置记录，其中垂直裂缝沿伸方向的水平位移为△x＝x₂-x₁，而根据激光点这两次测量时在网格板(8)上留下的标志，通过网格板(8)上的方格坐标得到后一次测量与前一次测量时的激光点移动坐标差，此坐标差与地裂缝在走向上和垂直方向上的位移记做(-△y，-△z)，所述裂缝在这两次监测期间的三向位移为(△x，-△y，-△z)；

步骤S3，按照步骤S2经过多期监测，可以得到地裂缝多期的累计三向位移。