[實用新型]巖石鉆孔中地應力、應變組合型測量傳感器

有效

• 申請號: 201320419995.6
• 申請日: 2013-07-16
• 公開（公告）號: CN203479434U
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 韓金良;吳滿路;王新富;吳樹仁;廖椿庭
• 申請（專利權）人: 中國地質科學院地質力學研究所
• 主分類號: G01L1/16
• 分類號: G01L1/16;G01B7/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種地應力、應變組合型測量傳感器，特別是用于巖石鉆孔中地地應力、應變的測量。屬于測量設備的技術領域?

背景技術

在礦山的安全監測、水電站大壩的承載狀態、地質災害的預警預報工作中，人們都已經認識到測量巖土中地應力的大小及其變化情況的重要性，大量研究證明地震和諸多的地質災害都與地殼巖石中地應力的變化密切相關。因此完善地應力測量設備，提高其測量技術水平是一項非常迫切的任務。汶川特大地震后，人們重新肯定李四光先生在六十年代提出并領導的該項研究工作。?

實用新型內容

要解決的問題?

本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種測量巖石中水平方向地應力和應變的裝置，在同一平面內測定三個方向的地應力值，以便計算該點的最大和最小主應力及其方向，為地應力的長期監測提供數據支持。?

技術方案?

為了達到本實用新型的目的，本實用新型是通過如下技術方案實現的：?

本傳感器是用于測量巖石中水平方向地應力和應變的裝置。從理論計算的要求出發，應該在同一平面內測定三個方向的地應力值，他們相互間成60°或45°夾角，以便可以依據其結果計算該點的最大和最小主應力及其方向，但從技術上這種安排在鉆孔中難于實現，所以我們把三個方向的獨立測量單元安排在垂直方向上為上單元，中單元和下單元，他們緊密結合成一柱狀體，垂直方向上有一梯度，在10cm范圍內。在完整的基巖體中，把他們測量結果看成在同?一水平面上的結果是可以成立的，所以我們的傳感器都設計成Φ90mm或Φ110mm圓柱狀，見圖1。測量單元位于16、17、18，它的底部12是地應力測量輔助元件L₀和Lp，它的外形設計成圓弧狀以方便安裝時放入鉆孔中的特定位置。測量元件上部的5、4和1是支撐和安裝機械加載部分的殼體。4部分設計成有一定錐度的圓柱狀，在安裝過程中，這一錐度正好同安裝孔上部的同徑喇叭口相銜接，讓整個傳感器支撐在孔中，僅有測量單元進入安裝孔中指定的部位，在地面計算機系統的操控下，自動加載系統可以從容而圓滿地完成各測量單元的預加載任務。?

以下單元以18為例，在剖面圖中可以看見沿徑向安裝的地應力測量元件10和應變測量環緊箍13同楔形槽塊8、14和一對弧頂塊11通過定位銷15串接起來的。采用精密的同心圓弧使應變環同他們有良好的配合，徑向作用的力由滑塊傳遞給它們。楔形槽塊8的徑向外面有一個斜面同楔形槽塊9的斜面相對應，使得楔形推桿7正好嵌入其間，在預加載荷中，同傳感器想連接的自動加載器(見圖1)的電機驅動推動螺桿3反時針轉動螺桿，緩縱楔形推桿旋出。由于3是被固定在殼體上，只能旋轉而下不能上下移動，迫使矩形的楔形體推桿7垂直向下運動，擠進楔形槽塊8和9之間的間隙中。隨著楔形推桿繼續進入楔形槽塊9和14的向殼體外伸出，直至同鉆孔壁緊密結合。不斷的推進巖石孔壁對楔形槽塊9和14的反作用力使地應力測量元件10接受預載荷，同時應變測量環緊箍受同一作用力而形變，進而影響到粘貼于環上的應變片。不過內側和外側的應變片分別感受到拉伸和壓縮的變化。利用電橋電路將他們可以組裝成互補償式半橋或全橋電路均可以測量到應變量并求出他們同外加載荷的關系。預加力的大小是由被測孔內巖石的特性和孔內原始的地應力狀態來決定的。所以我們將加載器的推動螺桿設計成為微動的，精密的控制測量單元的滑塊同鉆孔?壁的結合，將預加載荷控制在理論最佳范圍以實現巖石中地應力對測量元件的最佳耦合。用同樣的方法將中單元和上單元安裝好，控制鉆孔自動加載器同地應力應變傳感器脫離，將傳感器遺留在井內進行長期監測。?

本新型的意義在于同時測量巖石鉆孔中的地應力和應變。使兩個測量值實現相互印證和檢驗，提高了測量的可靠性，可排除許多無謂的紛爭。地應力和應變這一對物理量本質上是可以互相替代的，本新型是將他們同時呈現出來對測量方法的改進具有深遠的意義。?