[實用新型]巖體工程單孔多點光纖光柵空心包體三維應力測試裝置

有效

• 申請號: 201420591666.4
• 申請日: 2014-10-13
• 公開（公告）號: CN204085751U
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 李邵軍;張東生;馮夏庭;羅超文
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 武漢荊楚聯合知識產權代理有限公司 42215
• 代理人: 劉治河

技術領域

本實用新型涉及一種巖體工程單孔多點光纖光柵空心包體三維應力測試裝置，該裝置可廣泛應用于水利水電、礦山、交通等工程的地下隧洞和邊坡巖體開挖和運行過程的三維擾動應力測試。

背景技術

巖石工程所賦存的地質環境和應力條件復雜，大規模工程建設過程中發生的塌方、滑坡和巖爆災害是影響影響工程施工安全和運行的最關鍵因素，工程失事常造成施工設備損壞和重大人員傷亡事故。這些災害的發生首先反映在巖體中應力的變化，通過應力演化信息的現場直接獲取和分析，可以有效實現災害的預警和控制，因此，巖體應力原位測試成為巖石工程災害研究的最重要內容之一。

巖體中的應力測試分為兩類，一類是原巖中的地應力測試，測試工程巖體的自重和構造應力，成熟的測試方法有鉆孔應力解除法、水壓致裂法等；另一類是擾動應力測試，即測試工程開挖擾動和運行過程中巖體應力的變化情況。現有開挖擾動應力測試通常都是基于鉆孔內放置傳感器的測試技術，并讓傳感器通過介質與孔壁耦合，國內外在這方面已有的代表性技術有單向鉆孔應力計、三向實心基體應力計、澳大利亞CSIRO三向空心包體應力計。中國專利公開號CN103398807A、CN103076128A、CN102095533A、CN102628716B，發明名稱分別為：一種新型三維應力測量傳感器、一種隧道三維應力場模擬裝置、一種地質構造模擬實驗中的三維應力測量裝置、基于流變應力恢復原理的深部軟巖地應力測試方法和裝置，上述申請案公開了四種基于電法的三向應力測試裝置。中國專利公開號CN102620870B、CN102175366A，發明名稱分別為：一種基于光纖光柵傳感的巖土三向壓應力傳感器、一種巖石三維應力狀態的光纖光柵測試裝置及測試方法，上述申請案公開了兩種基于光纖光柵技術的實心基體三維應力測試裝置。經過綜合分析和比較，上述公開的發明專利其缺陷在于：首先，單向鉆孔應力計只能測試單個方向的巖體應力變化，而上述三向實心基體和澳大利亞CSIRO空心包體應力計均只能測試孔底或孔內單個測點的三向應力，未能實現對巖體中鉆孔全長多點應力的測試；其次，現有通過電法或相關電信號的測試元件，其穩定性和抗干擾能力差，不適宜于水、酸堿腐蝕、巖體裂隙等復雜惡劣條件下的長期監測；再次，上述基于光纖光柵技術的實心基體三維應力測試裝置，傳感器測試的多個應力分量分別由多根光纖光柵完成，由于其本底基體為實心的立方體或圓柱體，高強度金屬材料或混凝土使得該傳感器對巖體應變響應的靈敏度較低，且應變計安裝在立方體給定平面上的測試方法，只適合于軟弱巖體中的測試，不能真實準確反映堅硬巖體在空間上所受圍壓的三維應力狀態和方向。

二十世紀末發展起來的光纖光柵技術獲得了廣泛應用，光纖光柵是利用紫外曝光技術在光纖芯內形成的折射率的周期性分布結構，光纖光柵傳感采用光波長編碼，無源無電、耐腐蝕、抗地下水和電磁干擾，不受信號強弱和衰減的影響，并且信號傳輸距離遠，容易組網，具有大規模、網絡化、遠程、長久監測的技術特點，給巖體工程三維應力及其分布測試提供了新的途徑。

發明內容

針對上述存在的缺陷，本實用新型的目的在于基于單個測試鉆孔，可靠、準確、長期獲取巖體工程開挖和運行過程中的三維擾動應力分布及其隨時間、空間的變化規律，提供單孔多點光纖光柵空心包體三維擾動應力測試裝置，實現對塌方、滑坡和巖爆災害前兆信息的有效獲取，為工程災害的預警和控制提供原位基礎數據。

為了實現上述目的，其技術解決方案為：