[其他]圍巖特性曲線的實(shí)測探頭

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 101986000008843
• 申請日: 1986-12-22
• 公開（公告）號: CN86108843B
• 公開（公告）日: 1988-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭雨天;朱華滿;陸家良;張樹祥;朱華滿;陸家良;張樹祥
• 申請（專利權(quán)）人: 東北工學(xué)院;東北內(nèi)蒙古煤炭工業(yè)聯(lián)合公司長春煤炭科學(xué)研究所
• 代理公司: 東北工學(xué)院專利事務(wù)所
• 代理人: 韓明星

本發(fā)明提供了一種軟巖巖體的圍巖特性曲線的實(shí)測探頭。將探頭埋設(shè)在軟巖巷道的鉆孔里，探頭所感應(yīng)的圍巖變形進(jìn)行數(shù)據(jù)處理便可得某一時間的圍巖特性曲線（簇）。上述的探頭由三節(jié)或三節(jié)以上同徑剛度各異的圓筒體作為殼體，每一節(jié)筒體內(nèi)設(shè)置位移傳感器。按照本發(fā)明所作出的圍巖特性曲線比理論推導(dǎo)更為實(shí)際，可直接用來指導(dǎo)巷道支護(hù)設(shè)計(jì)。本發(fā)明可泛用于凍土或軟巖的圍巖特性曲線測試領(lǐng)域。

本發(fā)明屬于軟巖巖體物理性質(zhì)的測試技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供一種在采礦、土建等工程中對軟巖巷道實(shí)際測定圍巖特性曲線的專用的探頭。

圍巖特性曲線是巷道周邊徑向位移U與支護(hù)反力P之間的關(guān)系曲線，亦稱P-U曲線。對于軟巖而言，由于其流變性、時間的推移，這條曲線不斷上升。因此，對應(yīng)于不同的時間就有一系列的圍巖特性曲線，即P-U曲線簇。P-U曲線（簇）具有相當(dāng)廣泛的使用價值，尤其是在指導(dǎo)巷道支護(hù)設(shè)計(jì)方面更為人們所重視。但是，直到目前為止P-U曲線的實(shí)際使用還是極少。原因在于P-U曲線主要來自于理論推導(dǎo)，而理論推導(dǎo)的P-U曲線表達(dá)式涉及軟巖參數(shù)比較多，實(shí)際上無法定量使用，而且與實(shí)際的誤差較大。

美國專利US-3635076提出了一種應(yīng)變傳感裝置，該裝置設(shè)置于鉆孔底部，并在裝置的殼壁與鉆孔的被測壁之間填塞膨脹水泥，通過此填塞層將被測壁的變形傳遞給殼壁，而殼壁的變形由殼壁內(nèi)充滿的液體傳遞給傳感器。這種裝置在一個鉆孔內(nèi)只能測定某一時刻的一個徑向位移數(shù)據(jù)，因而只能計(jì)算與鉆孔垂直平面上的周圍應(yīng)力變化值，不能做出反映巷道圍巖位移與支護(hù)反力間的關(guān)系曲線。

“地應(yīng)力測量”（地震出版社1985年3月出版）一書第37～38頁，提示了一種用于測量軸向位移及徑向位移的組合探頭。該探頭通過觸點(diǎn)錨固于孔壁的方式測量軸向變形，而孔壁的徑向位移通過貼有應(yīng)變片的傳感器來測定。這種探頭在一個鉆孔內(nèi)雖然能同時測定出某一時刻孔壁的軸向位移和徑向位移，然而所測出的數(shù)據(jù)只能用以計(jì)算鉆孔周圍的空間應(yīng)力狀態(tài)，而且它是與探頭外殼剛度（支護(hù)力）無關(guān)的鉆孔周圍應(yīng)力。因此，用該探頭無法測出圍巖特性曲線所需的三組或三組以上不同的P、U數(shù)據(jù)。

基于上述的情況，本發(fā)明的目的在于提供一種能實(shí)際測定出圍巖特性曲線的方法以及該測定方法所專用的探頭，以便使測出的P-U曲線更符合實(shí)際。

為了實(shí)現(xiàn)上述的目的本發(fā)明所提供的圍巖特性曲線的實(shí)測方法，按以下步驟實(shí)現(xiàn)。將探頭設(shè)置在軟巖巷道的鉆孔里，探頭外壁與鉆孔內(nèi)壁緊密接觸;探頭中由位移傳感器所引出的電纜接通到靜態(tài)電阻應(yīng)變儀上。測定圍巖特性曲線所專用的探頭含由殼體及位移傳感器組成，其特征在于殼體為由外直徑相同而剛度各異的三節(jié)或三節(jié)以上筒體組成，而且每一節(jié)筒體內(nèi)設(shè)置位移傳感器。

本發(fā)明所涉及的圍巖是指軟巖，軟巖具有粘彈塑性質(zhì)。從巖石力學(xué)方面的理論推導(dǎo)可知，軟巖的圍巖特性曲線取決于巖體性態(tài)與巷道斷面及其大小。如果一條P-U曲線受限于巷道斷面及其大小，則該曲線沒有普遍性的意義。因此，應(yīng)消除人為因素對P-U曲線的影響。首先，斷面形狀影響的消除。由于軟巖具有顯著的流變性質(zhì)，經(jīng)過漫長時間的流變，軟巖處于靜水壓力狀態(tài)或近似靜水壓力狀態(tài)。顯然對于靜水壓力狀態(tài)下的軟巖而言，其最合理的支護(hù)斷面形狀為圓形。所以，圍巖特性曲線的測定采用鉆孔（當(dāng)然是圓形斷面）方式，僅就斷面形狀而言與圓形巷道一致，因而可消除斷面形狀對P-U曲線的影響。

其次，斷面尺寸大小影響的消除。縱觀各種流變模型的理論推導(dǎo)，從軟巖P-U曲線的表達(dá)式中可知，徑向位移U與支護(hù)層半徑r成線性關(guān)系，即U＝r·f（P）。對該式的U進(jìn)行無量綱化處理，即U^＊＝f（P）。由此而作出的P-U^＊曲線，才具有可比性和普遍意義。當(dāng)欲求相同條件下而半徑為已知的巷道周邊徑向位移時，只需將U^＊乘以該巷道半徑r即可。在這里應(yīng)當(dāng)指出，巖體被看成是各向同性的連續(xù)均質(zhì)體;而且因軟巖的結(jié)構(gòu)面比較復(fù)雜，從宏觀上、從統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)上看認(rèn)為分布均勻。