[發明專利]基于穩定回流量的圍巖切向應力液壓枕觀測裝置及方法

有效

• 申請號: 201910204310.8
• 申請日: 2019-03-18
• 公開（公告）號: CN109916728B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 劉元坤;鄔愛清;艾凱;黃書嶺;李強;朱杰兵;尹健民;吳相超;郭喜峰;汪洋;周春華;李永松;李玫;李玉婕;韓曉玉;徐春敏;張新輝;付平;周朝
• 申請（專利權）人: 長江水利委員會長江科學院
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01L19/00
• 代理公司: 武漢楚天專利事務所 42113
• 代理人: 孔敏

1.一種基于穩定回流量的圍巖切向應力液壓枕觀測裝置，其特征在于：包括液壓枕應力計(8)、壓力轉換器(6)、高壓油泵(1)、壓力檢測裝置，所述液壓枕應力計(8)用于安裝在預先制作好的巖體(10)巖縫內，所述液壓枕應力計(8)與高壓油泵(1)相連，所述液壓枕應力計(8)與所述高壓油泵(1)之間的高壓管路上設有壓力轉換器(6)；所述高壓油泵(1)用于對液壓枕應力計(8)進行預壓，還用于向壓力轉換器(6)施加壓力，使壓力轉換器(6)中的壓力活塞移動，通過所述壓力檢測裝置測定在一定壓力作用下壓力轉換器(6)的穩定回流確定壓力值；

所述壓力轉換器(6)包括箱體(6-3)及設于箱體(6-3)中的壓力活塞(6-5)、回流管(6-7)、定位軸(6-2)，定位軸(6-2)豎直設于箱體(6-3)的內部底壁上，回流管(6-7)從箱體(6-3)的內部底壁穿入后與定位軸(6-2)平行設置，壓力活塞(6-5)滑動設于定位軸(6-2)和回流管(6-7)的上部；所述箱體(6-3)位于壓力活塞(6-5)的上部空間設有與液壓枕應力計(8)連通的液壓枕應力計連通管(6-10)，所述箱體(6-3)位于壓力活塞(6-5)的下部空間設有與高壓油泵(1)連通的壓力轉換器加壓管(6-1)，回流管(6-7)通過高壓油管與高壓油泵(1)連接。

2.如權利要求1所述的基于穩定回流量的圍巖切向應力液壓枕觀測裝置，其特征在于：所述回流管(6-7)為頂部密封內部中空的管狀結構，其上部設有與內腔連通的通孔(6-6)，壓力活塞(6-5)在沿著回流管(6-7)、定位軸(6-2)向上移動時會經過通孔(6-6)。

3.如權利要求2所述的基于穩定回流量的圍巖切向應力液壓枕觀測裝置，其特征在于：所述通孔(6-6)孔徑截面面積和與回流管(6-7)截面面積相等。

4.如權利要求1所述的基于穩定回流量的圍巖切向應力液壓枕觀測裝置，其特征在于：所述壓力轉換器(6)還包括設于壓力活塞(6-5)的頂部與箱體(6-3)的內壁頂部之間的彈簧(6-9)。

5.如權利要求4所述的基于穩定回流量的圍巖切向應力液壓枕觀測裝置，其特征在于：所述壓力轉換器(6)還包括彈簧軸芯(6-8)，彈簧軸芯(6-8)的頂部與箱體(6-3)的內壁頂部固定，彈簧(6-9)套設在彈簧軸芯(6-8)外圍。

6.如權利要求1所述的基于穩定回流量的圍巖切向應力液壓枕觀測裝置，其特征在于：所述壓力轉換器加壓管(6-1)與高壓油泵(1)之間的高壓管路上設置所述壓力檢測裝置。

7.如權利要求6所述的基于穩定回流量的圍巖切向應力液壓枕觀測裝置，其特征在于：所述壓力檢測裝置為壓力傳感器或壓力表，所述壓力傳感器與數據采集儀(2)相連。

8.如權利要求1所述的基于穩定回流量的圍巖切向應力液壓枕觀測裝置，其特征在于：液壓枕應力計(8)通過一個加壓管路和一個回流管路與高壓油泵(1)相連接，其中加壓管路上設有第一可調流量閥(7-1)、壓力傳感器(5-1)、壓力表(4-1)，回流管路上設有第二可調流量閥(7-2)，壓力傳感器(5-1)、壓力表(4-1)與數據采集儀(2)相連；壓力轉換器加壓管(6-1)與高壓油泵(1)之間的高壓管路上設有第三可調流量閥(7-3)，回流管(6-7)與高壓油泵(1)之間的高壓油管上設有第四可調流量閥(7-4)、流量傳感器(3)，流量傳感器(3)與數據采集儀(2)相連。

9.一種基于穩定回流量的圍巖切向應力液壓枕觀測方法，其特征在于采用權利要求1-8中任一項所述裝置進行，所述方法包括如下步驟：

步驟一：將液壓枕應力計(8)安裝在預先制作好的巖體(10)巖縫內；

步驟二：用與巖體彈性模量相近的砂漿混凝土(9)將液壓枕應力計(8)固定在巖體(10)巖縫內；

步驟三：待砂漿混凝土(9)初凝后使用高壓油泵(1)進行對液壓枕應力計(8)進行預壓，預壓值根據預估的初始切向應力值設置，待預壓完畢后，應關閉與液壓枕應力計(8)連通的第一可調流量閥(7-1)、第二可調流量閥(7-2)，使液壓枕應力計(8)內部保持一定的預壓值；

步驟四：確定切向應力初始值：啟動試驗加壓系統的高壓油泵(1)進行加壓，壓力通過壓力轉換器加壓管(6-1)進入壓力轉換器(6)，作用于壓力轉換器(6)中的壓力活塞(6-5)上，壓力活塞(6-5)在壓力作用下往壓力轉換器(6)中裝有彈簧(6-9)方向移動，當壓力活塞(6-5)運動至回流管(6-7)上的通孔(6-6)位置時，壓力轉換器(6)加壓內腔與回流管(6-7)連通，回流管(6-7)開始回流；通過調節第三可調流量閥(7-3)加大加壓流量，壓力轉換器(6)加壓內腔的壓力隨著增大，壓力活塞(6-5)繼續往壓力轉換器(6)中裝有彈簧(6-9)方向移動，直至壓力活塞(6-5)移動至彈簧軸芯(6-8)的頂端，此時回流管(6-7)出現穩定回流，保持一定的穩定時間，并記下所述壓力檢測裝置此時所測壓力值作為切向應力初始值；

步驟五：切向應力觀測試驗：步驟與步驟四相同，記下的壓力值作為切向應力觀測值，切向應力觀測值與切向應力初始值之間的差值就是切向應力的變化值，通過不同時期的切向應力觀測值的測定就可以測定切向應力的變化值。