[发明专利]地下岩层分层沉降测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种地下岩层分层沉降测量装置，其特征在于：所述测量装置包括塑料探杆(1)、中心绝缘柱(2)、滑动电阻线圈(3)、滑片(4)以及夹紧组件(5)，所述塑料探杆(1)为中空杆状结构，且底部密封，上部开口，上部开口设有密封顶盖，所述塑料探杆(1)的侧壁上沿轴线方向开设有若干条槽缝，所述槽缝内固定有拉链组件(6)，与所述槽缝相对的塑料探杆(1)内设有与槽缝数量相同的竖直金属杆(7)，所述金属杆(7)的一端与塑料探杆(1)的底座固定连接，所述拉链组件(6)上的拉头(62)与所述金属杆(7)滑动配合，金属杆(7)围合的中间设有一端与所述底座固定连接的竖直中心绝缘柱(2)，所述中心绝缘柱(2)的外周缠绕有所述滑动电阻线圈(3)，每个拉链组件(6)上设有一个位于塑料探杆(1)外侧的夹紧组件(5)和一个位于塑料探杆(1)内侧的滑片(4)，所述滑片(4)与所述滑动电阻线圈(3)直接接触，所述顶盖上分别设有与滑动电阻线圈(3)的一端连接的电阻线圈接线柱(8)和金属杆接线柱(9)。

2.根据权利要求1所述的地下岩层分层沉降测量装置，其特征在于：所述测量装置还包括电源、分压电阻Rg、开关S和电流表A，电源的正极与电阻线圈接线柱(8)连接，电源的负极依次经电阻Rg、开关S和电流表A后分别与各个金属杆接线柱(9)连接。

3.根据权利要求2所述的地下岩层分层沉降测量装置，其特征在于：所述拉链组件(6)包括固定连接在槽缝内的拉链(61)和啮合于拉链上的拉头(62)，所述滑片(4)固定在所述拉头(62)的内侧，所述夹紧组件(5)固定在所述拉头(62)的外侧。

4.根据权利要求2所述的地下岩层分层沉降测量装置，其特征在于：所述夹紧组件(5)包括T型座(51)和与塑料探杆(1)的外周相适配的弧形板(52)，T型座(51)与弧形板(52)之间通过被压缩的弹簧(53)连接。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种地下岩层分层沉降测量方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

(1)根据打孔取得的岩层样本得到各岩层的位置信息；

(2)将夹紧组件(5)安装在塑料探杆(1)的外壁上并将塑料探杆伸入到孔中再到达相应的岩层处；

(3)将电源的正极与电阻线圈接线柱(8)连接，电源的负极依次经电阻Rg、开关S和电流表A后分别与各个金属杆接线柱(9)连接，将滑动电阻线圈(3)接入测量电路中，并通过测量滑动电阻线圈(3)的电流和电压计算出相应的夹紧组件(5)的位置是否正确，是否能将滑动电阻线圈(3)接入测量电路；

(4)如果接入不正确，调整夹紧组件(5)的位置，使滑动电阻线圈(3)能够接入测量电路，如果正确则进行下一步；

(5)调整夹紧组件(5)，使其卡在相应岩层上；

(6)测量并记录各个岩层对应的电流值和电压值；

(7)根据电流值和电压值得到岩层的沉降变化量。

6.根据权利要求5所述的地下岩层分层沉降测量方法，其特征在于所述方法具体如下：

假设岩层样本有四个岩层，四个岩层的深度分别为a、b、c、d，将夹紧组件(5)分别对应四个深度安装在绝缘探杆(1)的外壁上；

绝缘探杆(1)伸入到孔中再到达相应岩层，绝缘探杆固定后将电源的正极与电阻线圈接线柱连接，电源的负极依次经电阻Rg、开关S和电流表A后分别与各个金属杆接线柱连接，将滑动电阻线圈接入测量电路中，金属杆接线柱为接出端并对对应深度的接线柱标记为9-1-a、9-1-b、9-1-c、9-1-d；周期性的记录每个电流表A的电流值，根据已知的电源电压和各个周期测得的电流计算滑动电阻线圈各个深度的电阻值进而计算出对应a、b、c、d四个深度岩层的电阻变化值，具体的计算方法和计算公式为:

Ii=Iai+Ibi+Ici+Idi;]]>

Rai=U-IRgIai;]]>

Rbi=U-IRgIbi;]]>

Rci=U-IRgIci;]]>

Rdi=U-IRgIdi;]]>

式中i＝1,2,…,k，代表不同的观测周期，U是电源电压；I_i为第i周期的电流值；是地下岩层不同深度处的电阻值，分别为地下岩层对应不同深度处的电流值；

根据电阻公式

可以得出l1=USρI1;l2=USρI2;]]>Δl＝l₁-l₂；

由此得出变化量

其中：R是电阻；ρ是线圈的电阻率；S是滑动变阻器的截面积，U是电源的稳定电压，Δl就是滑动变阻器电阻丝的变化量，r是中心柱的半径，d是电阻丝的直径，L是不同深度的岩层的沉降变化量。