[發明專利]一種斜井凍結施工井壁受力特性監測裝置

在審

• 申請號: 201810132088.0
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108387334A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 任建喜;張琨;劉田田
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00;G01L11/00;G01K13/00
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司 61202
• 代理人: 劉華

一種斜井凍結施工井壁受力特性監測裝置，包括模型箱體，模型箱體之間用螺栓連接成一個上部開口的矩形半密封箱體，模型箱體與底板、底座螺栓固連，并做防水處理，模型箱體外側設有反力槽鋼及機械式千斤頂，反力裝置與底板螺栓固連，模型箱體內側相鄰的兩個面設有水平加載板A，水平加載板B,水平加載板A，水平加載板B之間設有間隙，并通過軟連接連接，模型箱體圍成的矩形半密封箱體中間設有井筒模型，井筒模型四周設有微型傳感器，井筒模型內貫穿凍結管，凍結管通過一端為冷卻鹽水進口，另一端為凍結鹽水回路連接制冷機，微型傳感器連接監測儀器，底板與底座圍成的結構外設有保溫箱，可實現三維加載，具有組裝快捷、拆卸方便和可移動性強等優點。

技術領域

本發明涉及模擬試驗系統，具體涉及一種斜井凍結施工井壁受力特性監測裝置。

背景技術

目前，國內還沒有專門針對斜井凍結施工井壁受力特性的監測裝置，且由于斜井凍結法鑿井是在立井凍結法鑿井的基礎上演變而來的，而立井凍結法鑿井和斜井凍結法鑿井在本質上是有區別的，立井凍結法鑿井經驗并不完全適用于斜井凍結法鑿井，斜井凍結壁和井壁的設計也不能完全按照立井的設計方法來設計，且人們對于斜井凍結法鑿井過程中存在的一些問題還無法完全解釋。想要了解和掌握斜井凍結法鑿井過程中凍結壁發展規律、井壁受力規律、凍結管變形規律以及解凍后井壁受力規律等，需要大量的數據作為支撐依據，但實際工程要根據現場實際情況而定，不可能全都采用斜井凍結法鑿井，這就導致數據收集較難，且因為環境的不同，收集的數據也存在較大的差異，而根據相似性理論的模擬試驗可在很大程度上改變上述情況，因此設計一個專門針對斜井凍結施工井壁受力特性監測裝置十分必要。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的是提供一種斜井凍結施工井壁受力特性監測裝置，針對斜井凍結法鑿井的特點，自行研制出一套斜井凍結施工井壁受力特性監測裝置，可實現三維加載，具有組裝快捷、拆卸方便和可移動性強等優點，為斜井凍結法鑿井設計與施工提供合理、準確的試驗依據，本試驗系統填補了國內空白，達到了國內領先水平。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種斜井凍結施工井壁受力特性監測裝置，包括模型箱體，模型箱體之間用螺栓連接成一個上部開口的矩形半密封箱體，模型箱體與底板、底座螺栓固連，并做防水處理，模型箱體外側設有反力槽鋼及機械式千斤頂，反力裝置與底板螺栓固連，模型箱體內側相鄰的兩個面設有水平加載板A，水平加載板B, 水平加載板A，水平加載板B之間設有間隙，并通過軟連接連接，模型箱體圍成的矩形半密封箱體中間設有井筒模型，井筒模型四周設有微型傳感器，井筒模型內貫穿凍結管，凍結管通過一端為冷卻鹽水進口，另一端為凍結鹽水回路連接制冷機，微型傳感器連接監測儀器，底板與底座圍成的結構外設有保溫箱；

所述的模擬箱體為半密封箱體，用于放置模擬材料，具有拆卸方便可移動性強的特點，且槽鋼本身具有較大的承載能力，能夠保證在加載過程中正常運行；

所述的水平加載板A，水平加載板B和反力槽鋼組成加載系統組成，水平加載板A，水平加載板B直接放置在模擬箱體內，通過千斤頂可對水平加載板A，水平加載板B施加壓力，通過鋼板將反力槽鋼的頂板連接起來，以鋼板為豎向反力裝置對模型箱體施加豎向荷載；

所述的制冷機低溫恒溫反應浴和凍結管組成斜井凍結法鑿井凍結系統，最低溫度可達-30℃，此種材料具有耐腐蝕、重量輕、導熱性能好、低溫狀態下強度高的特點，非常適合作為熱交換設備的材料，實驗過程中采用工業酒精作為冷媒劑；

所述的保溫箱和保溫箱設有的溫度控制系統組成外部環境模擬系統，可模擬的℃環境溫度，該系統可將外部環境溫度保持在某一恒定值，以減小外部環境對模型試驗的影響；

所述的監測儀器通過應變式微型土壓力盒和滲壓計對凍結壓力和孔隙水壓力進行監測，其測量范圍為0~0.6MPa，并通過靜態應變儀對數據進行收集，采用振弦式溫度傳感器對凍結壁溫度進行監測。