[實用新型]多點式光纖光柵孔底應變計

有效

• 申請號: 201821706865.X
• 申請日: 2018-10-22
• 公開（公告）號: CN209085551U
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 高桂云;劉一民;王成虎;侯正陽;魏學勇;周昊
• 申請（專利權）人: 中國地震局地殼應力研究所
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 北京中譽威圣知識產權代理有限公司 11279
• 代理人: 蔣常雪

本實用新型公開了一種多點式光纖光柵孔底應變計，包括測量錐體部分、儲膠腔體和活塞桿部分；測量錐體部分包括光纖光柵應變傳感器、出膠孔和粘結劑擋圈、儲膠腔體和銷釘孔，光纖光柵應變傳感器粘貼在圓錐形橡膠帽外壁上，其引線布設在引線槽中；通過活塞桿向儲膠腔體方向運動將儲膠腔體中的膠從下端出膠孔擠出，將光纖光柵應變傳感器轉貼到錐形孔底巖體上，與周圍巖體一起變形，獲得應力解除過程中巖體應變信息。本實用新型具有抗電磁干擾能力強、耐腐蝕性好、體積小精度高、測量范圍大、引線數量少、傳輸距離長等優點，且結構簡單，尺寸較小，對巖體完整性要求低，安裝與測量流程快速方便，可以實現在Φ76mm安裝子孔中的孔底應變測量。

技術領域

本實用新型涉及地球物理巖體應力測量領域，具體地說，涉及一種多點式光纖光柵孔底應變計。主要應用于基于套芯應力解除方法的地應力測量領域，其功能是采用布設在圓錐頭上的多個帶溫度補償單元的光纖光柵應變傳感器，測量套芯過程由于應力解除引起的子孔孔底應變及其變化，通過孔底應變測量應力計算原理及公式求出小孔周圍的原地應力狀態。

背景技術

地應力測量是測量固體地球物理現象背后物理機制的力學基本參數，在地下隧道、鐵路、公路、采礦工程圍巖、高邊坡及巖土開挖等地質工程中應用十分廣泛。隨著人類對能源和礦產資源需求量的增加和開采強度的不斷加大，淺部礦產資源日益減少，國內外礦山都相繼進入深部資源開發狀態，而深部開采中遇到的“三高”問題(高地應力、高地溫、高水壓)將成為深部開采巖體力學研究中的焦點和難點問題(何滿潮等，2005)。準確確定深部開發空間區域的地應力時空分布特征和規律是解決以上難題的必要途徑之一，也是地質工程問題穩定性研究和設計分析、實現巖土工程決策科學化的必要前提，因此地應力測量理論、方法及技術的研究，具有重要的科學意義。

深部地殼應力狀態的觀測與估算是地應力實測工作的一個重要難點問題，從地應力概念提出至今，各國科學家提出的數十種地應力測試方法按照其數據來源歸類，大概可以分為五大類：基于巖芯的方法、基于鉆孔的方法、地質學方法、地球物理方法(或地震學方法)、基于地下空間的方法(Hill et al.， 1994；Amadei and Stephasson，1997)。在這些地應力測量方法中，只有套芯應力解除法和水壓致裂法能提供水平應力的主應力大小和方向，其余地應力測量方法僅能提供主應力方向，不能提供主應力大小。套芯應力解除法作為一種基于鉆孔的地應力測量常用方法，通過監測巖芯從母巖解除下來過程中的應變和變形，進而反演原地應力場。該方法能通過一個鉆孔中的一次測量，就可以確定巖體的三維應力狀態，而無需三孔交匯應力測量，是公認的最有效的三維應力測量方法。

套芯應力解除法是基于平面應變解除法發展起來的，1958年Hast第一次公布了他于1952-1953年期間在瑞典拉依斯瓦爾(Laiswall)鉛礦和斯堪的納維亞半島四個礦區利用壓磁電感法地應力測量儀所得的鉆孔應力測量結果，引起了人們的震驚。從Hast 1958年公布其研究成果后，世界各國都大力研制和發展鉆孔應力測量技術。經過國內外學者數十年的研究，目前已形成一套標準化的測量程序，使用和測量過程相對與別的測試方法較為方便，且測量設備重量體積較小，成為適用性最強和可靠性最高的地應力測量方法之一。

根據測量元件安裝和測量的物理量不同，套芯應力解除測量法又可分為鉆孔孔壁應變測量法、鉆孔孔徑變形測量法和鉆孔孔底應變測量法三種(蔡美峰， 2000)，分別通過監測解除過程中孔壁應變、孔徑變形和孔底應變來計算原地應力場。鉆孔孔壁應變測量法將測量元件電阻式應變片直接粘貼在鉆孔巖壁上，或者將測量元件電阻式應變片包裹在環氧樹脂殼體內再粘貼到鉆孔巖壁上，進行鉆孔三向應變測量，實現單孔測試全應力張量。該方法測量精度高，但操作復雜，對被測巖體完整性要求高，測量成功率較低。鉆孔孔徑變形測量法原理是應力解除后鉆孔的孔徑會發生改變，通過記錄這一改變量，應用某個基本理論推導得到表示各有關變量之間的物理數學關系式進行求解，從而得到了巖石應力的測量方法。這類的測量設備有很多，但是鉆孔孔徑變形測量法只能測量平面應力狀態，無法得到真實三維應力狀態。