专利名称：孔板式岩石表面粗糙度机械量测仪的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种岩石表面粗糙度的量测方法，尤其涉及一种机械量测方法。
背景技术：
对于现代岩石工程来说，岩石表面的粗糙度是科学研究者、工程设计和 施工者所关心的一大问题。岩石表面的粗糙度与岩石的风化程度和抗剪强度 等课题的研究有直接关系。前者对描述和预测岩石的风化速度有直接作用， 对地貌学的研究具有重要意义，而后者涉及到该处岩石表面当前具有的强度， 可用于抗剪强度的理论预测。对于古代岩石工程来说，上述岩石表面的风化
题。所以，岩石表面粗糙度的测定具有重要的实用价值。以下就国内外现有 技术及它们的优缺点进行分析。 1、电子卡尺量测法
Cooke、 McNeill和Wells等利用灵敏度为O. Ol咖电子卡尺量测墓碑的风化 深度。每隔20xlG mni测一个点。该量测方法的优点是使用方便，但不足之处 至少有两点第一，尽管仪器的灵敏度较高，但由于该种量测方法没有精度 很高的相对平面作为量测基准(仅以墓碑面的本身作为量测基准)，所以根 据申请者的经验，量测精度大概不高于O. 2mm;第二，虽然每隔20xl0鹏测 一个点，但没有设置可较精确地限制电子卡尺在平面上发生前后左右移动的 专门装置，因此测点在平面位置上的定位存在着较大误差。2、 工程量规测量法
Wi 11 iams曾利用灵敏度为0. lmm的工程量规测量墓碑的风化深度。这种方 法的优势也是实用方便，但仍存在着与上述电子卡尺量测法的类似问题，只 是它的精度低。虽然有关资料仅给出工程量规的灵敏度而未给出实际量测精 度，但估计它的精度大概不高于O. 5鹏。
3、 软材料压模量测方法
杨志法等提出利用橡皮泥掺加石膏等作为印模来量测岩石表面粗糙度的 一种方法。关于它的精度，曾经针对某一部位专门进行了106次重复试验。结 果表明该点粗糙度的平均值为5. lmm,标准偏差为O. 293mm。该种方法的优势 是实用方便，且具有一定的精度，但问题是它难以量测具有较大范围或较大 起伏差的岩石表面。例如，当被测对象的尺寸大于300mm或起伏差大于30mm 时，操作就十分困难。
4、 横条孔式钢针量测法
Sancho等专门设计了一种可以移动的仪器用于测量西班牙某砂岩的表面 粗糙度，如图6所示。为了准确地确定测点在被测平面上的位置，在竖直支架 上安装了6根处于同一平面上的横条，并由各横条的外表面组成一个相对平 面。在每根横条中平均分布10个测孔，孔间距为50mm,覆盖面积为0. 165m2。 测量时，将带有刻度的钢针垂直插入孔中，以量测各横条上表面到钢针顶端 所触及的被测点之间的相对距离。再根据各测孔在平面上的相对位置，就可 以由各测孔所测到的相对距离绘制出被测岩石表面的粗糙度，为风化深度的 确定提供依据。因为测读工具为钢针，其灵敏度较低，为lnim。 Takahashi和 Mo 11 er shead等也使用大体相同的方法分别测量了某桥墩和某石质文物的风
化深度。
对于这种量测方法来说，优点是直观、方便，但其不足之处有四点第 一，钢针量测精度偏低，肯定低于其灵敏度lmm。对于表面粗糙度较小的岩石， 有进一步提高测量精度的必要。第二，因横条中测孔之间的孔距较大(为5Omm )即测孔密度较小而影响被测表面粗糙度的精度；第三，将多根橫条安装于同
一平面并不容易，使量测时间变的更长；第四，从图6还可看出，在安装橫条 及使用钢针测读时存在着对被测物体产生不同程度损坏的可能性。 5、激光扫描量测方法
Swantesson曾利用激光扫描量测岩石表面的风化深度。周宏伟等也利用 类似装置量测岩石表面的粗糙度，其灵敏度和精度分别达到O. 0075mm和 0. Olram。可量测的面积为160xl60ram。就此类^f义器而i仑，其优势是量测精度 高，数据处理方便等，但最大的问题是难以在工程现场进行实地量测。另外， 所用的仪器设备也比其他方法贵。
由以上分析可以看出，可用于野外的岩石表面粗糙度量测仪器的精度较 低，且被量测点平面位置的定位存在着较大误差。
发明内容
鉴于岩石表面粗糙度量测的各种需要，且目前所用的现有方法又因存在 着某些不足而阻碍了实际应用，本发明专利请求书提出了孔板式岩石表面粗 糙度机械量测仪的量测方法。该方法包括利用保护框或接板等固定具有孔 群分布的透明测板；将带有测托的百分表的测杆依次插入分布在透明测板上 的测孔内，让测托的下底面紧贴透明测板上表面，测头顶紧被测物体表面的 某点；百分表表盘上的数值即为透明测板的上表面到被测物体表面某点之间 的相对距离。
本发明是针对岩石表面粗糙度的量测而提出的 一 项专门量测方法，与说 明书中所述的5种国内外现有方法相比，具有以下优点 (1)量测精度较高
关于新提出技术的量测精度问题，申请者在现场进行了以下试验以厚 度、长度和宽度分别为5mm、 326薩和270腿的玻璃制作透明测板，并利用保护框和接板按图4所示的测量方式固定透明测板。在相同的温度条件下对某 一特 定测孔和特定点进行多达120次的重复性试验。按照以下公式对各次试验的数
据进行分析
其中，2为各测值的平均值；n为同一测点量测的次数；A为量测的标准 偏差。据式(1)和式(2),计算得到=38. 95mm, A = 0. 0143隱。
根据计算结果，认为本项技术的测量精度为O. 0143fflm，高于上述方法1-4
的精度。
(2 )测点在被量测表面上的定位较为准确。透明测板被保护框紧紧固定， 各个测孔在透明测^反上的位置也不变，百分表的测^f干刚好力文进测孔而不能移 动。由此可见，被测点的定位精度肯定高于方法l-4。
(3) 就现场量测的适应能力而论，方法5即实验室激光扫描仪为最低。 另外，其仪器设备的价格也最昂贵。相比而言，本发明仪器的现场适应能力 较强，的造价等也较低。
(4 )与方法4相比，本发明的测点密度较高。测孔之间的距离应该可以 达到15xl5mm,或者更小。
图l是岩石表面粗糙度测量的仪器和测量方法示意图。
图2是透明测板与保护框的结构示意图。
图3是用于本仪器的百分表的改装结构示意图。
图4是被测物体竖直放置时的 一 种测量方式示意图示例1 。
j = X J,. / w
6图5是被测物体竖直放置时的一种测量方式示意图示例2, 图6是国外一种横条孔式移动钢针量测法示意图。 其中附图标记iJL明
1-测头 4一测托 7-测孔
10-上层保护框 13-螺栓 16-胶
19-被测物体表面 22-直角接板
2-接杆
5-百分表
8-螺帽
11-中层保护框 14-框-板接头 17-轴颈 20-直立墙
3-测杆
6-透明测板
9-垫圏
12-下层保护框 15-百分表表盘 18-垫块 21-条形接板
具体实施例方式
本发明提供了 一种岩石表面粗糙度的量测方法。该发明主要包括具有孔 群分布的透明测板6、三层保护框10-12、条形接板21、直角接板22、框-板接 头14和带有接杆2及测托4的百分表5 。下面参照图1-图5并按照实施例的制作 及测量过程详细说明该发明的测量方式。
一般情况下，透明测板的长度和宽度等于(或稍稍小于)中层保护框ll 中空部分的长度和宽度，而大于上、下层保护框10和12中空部分的长度和宽 度，并且其厚度等于(或稍稍小于)中层保护框ll的厚度，所以透明测板6 可被上、中、下三层保护框10-12完全固定。保护框10-12同时也对透明测板6 起到保护作用。
对所购买的现有量程为30mm或50mm的百分表5进行了改造(图3):为了 进一步提高仪器的量测精度，利用胶16将不锈钢测托4固定在百分表的轴颈17 的一部分长度(图3中的a)上，并使它的其余部分(图3中的b)外露；为了扩大量程，在百分表的测杆3与测头1之间加 一根或两根接杆2 ,接杆2与测杆3 和测头l之间用螺紋压紧的方式连接，保证每次连接相同。
该发明的安装过程主要包括将具有孔群分布的透明测板6放置于中层保 护框ll的中空部分，利用上、下层保护框10和12夹紧中层保护框11及透明测 板6。将三层保护框10-12中相应的螺栓孔一一对齐，将螺栓ll穿过已对齐的 螺栓孔以连接三层保护框10-12，安装螺帽8和垫圈9紧固后即可将三层保护框 10-12及透明测板6固定。如果测量时需要条形接板21或直角接板22,则可以 通过框-板接头14将接板和保护框连接起来，连接材料仍使用螺栓11和螺帽8 、 垫圈9。 一般情况下，框-板接头14与中层保护框ll相连。
测量时，将带有测托4的百分表的测杆3连同与之相连的测头1 (并根据需 要决定是否连接接杆2 )—起插入分布在透明测板6的某个测孔7中，使轴颈的 外露部分(图3中的b )也插入该测孔，分別使测托4的下表面贴紧透明测板6 的上表面，测头l顶紧被测岩石的某点。在这种状态下，从百分表的表盘15 读取的数据即为透明测板的上表面到被测物体某点之间的相对距离。如此， 依次量测每 一 个测孔，可测读 一 组数据。
利用专门的计算机软件可将各测孔逐一所测的数据绘制成被测岩石表面 的三维粗糙度及各所需剖面上的粗糙度。
根据被测物体的摆放方式的不同，本发明的测量方式一般可分为两种情
况
1、对于被测表面基本朝上的岩块，则按图l所示的方法进行表面粗糙度 量测将连接好的仪器支撑在被测岩块表面(图l中的岩块未标出)的上方， 使两者相距10-10Omm。才艮据:故测物体的大小和透明测^反6与#皮测物体之间的距 离来选择合适的螺栓13的长度。如果被测物体的表面不是水平的，而稍有倾 斜，则调节各个螺栓13在保护框上部和下部的长度使透明测板6与被测物体表 面保持平行。然后，按照上述测量方式测量即可。此时， 一般不需要接板21 和22。2、如果被测的岩石表面不朝上，例如被测岩石表面是垂直的且不允许取 样测试(见图4和图5)，则可根据需要，采用不同的辅助零件连接所需要的
试马全方式。例如
(1 )对于图4所示位于现场的此类垂直被测表面，将透明测板6与其保护框 10-12固定，然后利用框-板接头14将保护框10-12与条形接板21或直角接板2 2 连接起来(如图4所示)。通过选择不同高度的条形接板21或直角接板22来调 节测孔距地面的高度，以达到所需的测量高度。然后，按照上述测量方式测 量即可。
本发明实施例以图4所示的方式测量了某石质墙基的风化深度。其中的透 明测板6用长度、宽度和厚度分别为326mm和270mm和5mm的玻璃制造，其上按
照纵横呈格的方式分布有 一 系列直径为腿的测孔组成的孔群。各孔中心
之间的距离为28mm。通过对某一特定测点进行120次的重复测量，得到其量测 精度可达O. 0143fflffl (其平均值为38. 95mm),具有较高的量测精度。
(2)对于图3所示位于现场的垂直被测表面据地面的高度较小，如果加上 接板21或22，则有效测量高度将减小。为防止"漏测"靠近地面的被测物体 的表面，此时可以不^/吏用保护框10-12和接板20或22,直接将4根螺栓13插入 透明测板6最边缘的四个测孔7中，利用4对螺帽8、垫圈9及2块垫块18等辅助 零件将螺栓13和透明测板6固定(如图5所示)。可通过调整螺栓13的长度来 调整透明测板6与被测物体表面19的距离。同样，测量时也按照上述测量方式。 本发明具有量测精度高，现场适应能力强，测点定位准确及测点密度较 高等优点。
权利要求
1、一种可用于岩石表面粗糙度量测的机械式装置。量测方法包括利用保护框等固定具有孔群分布的透明测板；将带有测托的百分表的测杆依次插入透明测板的测孔内，让测托的下底面紧贴透明测板的上表面，测头顶紧被测物体表面的某点；百分表表盘上的数值即为透明测板的上表面到被测物体表面某点之间的相对距离。
2、 如权利要求1所述的用于量测粗糙度的具有孔群分布的透明测板，其 特征在于 一切具有足够抗弯强度的有一定厚度玻璃板，并以保护框加以保 护。该测板按方格形式布有许多测孔。由于该测板是透明的，所以在测量同 时可以隔着面板清楚地观察到或拍摄到被测各点的局部形状和大小，为数据 的解释提供依据。当测孔分布较疏时也可改用有机玻璃板制造上述透明测板。
3、 如权利要求1所述的具有测托和接杆的百分表，其特征在于测托具 有一个与测杆垂直的下表面。当测杆垂直插入透明测才反的某一测孔时，测4乇 的下表面将与透明测板的上表面重合。接杆可以增大百分表的量程，即当测 托下表面到被测表面某点之间的距离较大时也可以量测。
4、 如权利要求1所述，当被测对象处于水平或接近水平的位置时，可采 用图l所示的方法进行；但当被测对象处于垂直位置或其他复杂位置时(例 如对于如图4所示的用于垂直放置的被测物体来说)，需要采用条形接板和 直角接板等零件。其特征在于用螺栓、螺帽和垫圈将它们与保护框和透明 测板连接成所需要的形状及量测高度。
5、 如权利要求1所述的保护框为"回"字型(中间部分为空)，分为上、 中、下三层，保护框的四周设有螺栓孔。中层保护框与透明测板的厚度相等， 其中空部分刚好放进透明测板(或稍稍大于透明测板的尺寸)，然后利用螺 栓等即可固定上、中、下层保护框及透明测板。另外，保护框上还可设置用 于连接条形接板或直角接板的框-板接头。
全文摘要
本发明公开了一种用于岩石表面粗糙度量测的方法。量测是通过以下步骤实现的借助于保护框、接板等辅助零件将一块按一定方式布满测孔的透明测板固定在离被测对象表面一定距离的位置上，透明测板作为量测的相对平面；将带有测托的百分表的测杆依次插入透明测板的测孔中，使固定在百分表轴颈上的测托压紧透明测板，并令百分表的测头顶紧被测对象表面的某点，所测的读数即为从透明测板到被测某点的相对距离；借助于计算机可利用各测孔中得到的相对距离绘制出被测对象的粗糙度三维图和沿着某些剖面切出的粗糙度剖面图。本发明具有量测精度高，现场适应能力强，测点定位准确及测点密度较高等优点。
文档编号G01B5/28GK101514885SQ20091013142
公开日2009年8月26日 申请日期2009年3月30日 优先权日2009年3月30日
发明者燕 付, 刘恩聪, 张中俭, 张路青, 杨志法 申请人:中国科学院地质与地球物理研究所