[發明專利]一種空心包體應力計及其測量方法

在審

• 申請號: 201811214447.3
• 申請日: 2018-10-18
• 公開（公告）號: CN109211446A
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 劉曉彥;龐建勇;杜傳梅;王雪松;彭月月
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22;G01D21/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種空心包體應力計，包括監測裝置、環氧樹脂筒、和導向裝置，其特征在于：所述檢測裝置包括攝像機安置器和攝像機，所述攝像機安置器包括中空上部和底座，所述攝像機采用型號為USB01的夜視USB線攝像機，通過數據線連接數據終端進行實時監測，所述數據線可根據現場實際情況配備合適的長度，所述數據終端建議使用型號為KT267-S的礦用本安型手機，攜帶方便并且能都夠同時實現多種用途，所述環氧樹脂筒體一端呈完全開口狀，另一端呈凸出圓柱縮口狀且設置有外螺紋，環氧樹脂筒體周圍均勻粘貼四組應變花，通過應變花來測量三維地應力，從而達到測量目的，所述錐形導頭包括調節桿和錐形導頭。

2.根據權利要求1所述的一種空心包體應力計，其特征在于：攝像機安置器中空上部為一端封閉的圓柱筒體，所述圓柱筒體外部設有翼緣用于和環氧樹脂筒體的凹槽咬合，從而將兩者安裝在一起，所述圓柱筒體另一端設置有外螺紋，所述安置器底座為瓶蓋狀并設有數據線通過孔，所述底座設有內螺紋，能夠與中空上部的外螺紋咬合，所述數據線的長度可根據現場實際情況截取，從所述攝像機安置器底座的數據線通過孔引出，并經過安裝桿及連接桿內部，從而保證數據線在試驗時不被破壞，不影響二次使用，將所述攝像機放入中空上部，間隙部分用棉花塞滿使得攝像機穩定的安置在攝像機安置器內部，將底座與中空上部擰緊，再將通過中空上部的翼緣轉入環氧樹脂筒體留置凹槽內，使攝像機安置器和環氧樹脂筒體連接在一起，并在接口處涂上密封膠、安裝密封圈以保證其密封性，所述攝像機安置器選用硬質透明PVC作為材料，可使攝像機安置器內部的攝像機在擠漿的時候進行實時檢測并通過數據線連接的礦用本安型手機來反饋膠體的擠出情況，以保證環氧樹脂筒體內的膠體全部擠出，還可以利用攝像機的存錄功能把擠膠時膠體流動情況記錄下來作為后期數據分析的參考，因為所述攝像機被攝像機安置器妥善的保存，所以在測試完成后可將攝像機取出，可多次使用，節約成本。

3.根據權利要求2所述的一種空心包體應力計，其特征在于：所述環氧樹脂筒周圍均勻粘貼四組應變花，每組應變花由四個不同方向的應變片組成，應變片分布密度集中提高了測量結果的精度和可信度，套芯時，若由于巖石條件造成某些角度應變花破壞，可舍去其測量數據，而將其余應變花測量數據作為測量結果，所述環氧樹脂筒體呈完全開口狀一端設置有兩個對稱的限位孔。

4.根據權利要求3所述的一種空心包體應力計，其特征在于：所述導向裝置調節桿上設有兩個對稱的限位凹槽，限位銷穿過環氧樹脂筒體預留的限位孔插入調節桿上預留的限位凹槽，從而實現錐形導頭和環氧樹脂筒的連接，所述限位銷選用直徑為1mm的木棒，試驗時在推力的作用下，木棒斷裂，膠體流出，所述錐形導頭呈圓錐狀且圓錐且圓錐底面直徑大于環氧樹脂筒外徑，所述調節桿與錐形導頭的材質均選用鐵，所述調節桿與錐形導頭為平滑的焊接連接。

5.一種使用權利要求4所述的一種空心包體應力計測試地應力的方法，其特征在于，由以下步驟組成：

(1)根據工程現場所需要測量區域，進行試驗方案設計，確定測量點的位置，并設計測量點深度；

(2)按照測點布置方案在選定地應力測量點進行實地鉆孔，根據設計方案預定的傾角和深度垂直于巷道幫部鉆去一個直徑為120mm的導孔，要求導孔孔壁完整、孔徑一致，不能發生鉆孔彎曲、塌孔現象；

(3)在導孔深度到達理想巖性之后，在導孔底部的同心位置鉆取直徑100mm的應力傳感器安裝孔，其深度視所述空心包體應力計長度及巖芯完整情況而定，在鉆孔時鉆機速度盡量放慢以取出完整應力計安裝孔巖芯；

(4)根據安裝孔中取出巖芯情況，選取巖面結構較好的一段，再根據這一段位置選取應力傳感器調節桿長度，使應變片位置位于這段巖芯處，確定安裝位置后，安裝所述空心包體應力計、準備膠體，空心包體應力計的安裝要細致，以保證地應力測量的成功；

(5)將所述空心包體應力計推到預定位置后，在推力桿的作用下，所述限位銷斷裂，擠出膠體，利用攝像機對環氧樹脂筒內膠體流動情況進行實時監測，帶膠體全部擠出，充滿應力計與孔壁間隙后，停止繼續推動推力桿，待膠體完全固化后，所述空心包體應力計與巖體結合為一體，然后實施應力解除；

(6)待凝結固化16h之后，進行應力解除，在套芯解除前先讀取應變片讀數以確定應變片工作是否正常，應力解除時候鉆進速度盡量緩慢以較全面讀取各應變片的讀數，直至安裝有應力傳感器的巖芯斷裂或者應變片的讀數不再隨鉆進變化，便可以取出巖芯，取出巖芯后按照需要將其置入彈模率定儀中進行彈模率定試驗，以確定巖石的彈性模量和泊松比參數，巖石的彈性模量可以根據可視為各向同性的彈性體的巖石周向應變量求出，泊松比可以根據軸向應變量與周向應變量的比值得出；

(7)根據(6)得出數據按照公式計算并得出結果。