[實用新型]一種同平面可多方向多角度測量解算的鉆孔應(yīng)變探頭

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201920709015.3
• 申請日: 2019-05-17
• 公開（公告）號: CN209727084U
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳征;吳立恒;李宏;董云開;王文博
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地震局地殼應(yīng)力研究所
• 主分類號: G01B21/32
• 分類號: G01B21/32
• 代理公司: 31307 上海遠(yuǎn)同律師事務(wù)所
• 代理人: 丁利華<國際申請>=<國際公布>=<進(jìn)入

本實用新型提供了一種同平面可多方向多角度測量解算的鉆孔應(yīng)變探頭，包括：探頭外鋼筒；在探頭外鋼筒內(nèi)沿其中軸線固定設(shè)置的測量基軸；和多個應(yīng)變傳感器，設(shè)置于探頭外鋼筒與測量基軸之間，各應(yīng)變傳感器的一端通過各安裝杯與探頭外鋼筒連接，另一端與所述測量基軸連接，各應(yīng)變傳感器在同一平面，以測量基軸為中心呈散射狀均勻分布。當(dāng)探頭外鋼筒隨著地下巖層發(fā)生徑向變形時，多個應(yīng)變傳感器以其與測量基軸之間的接觸部位為基點，沿應(yīng)變傳感器至探頭外鋼筒內(nèi)壁之間的徑向連線為測量基線，進(jìn)行位移變形測量。同一徑向方向的兩個應(yīng)變傳感器，其測值相加可獲得探頭外鋼筒在這一分量的徑向線應(yīng)變值。根據(jù)各測量基線所得線應(yīng)變值可解算多種應(yīng)變狀態(tài)。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及應(yīng)變測量、彈性力學(xué)機(jī)械測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于水平同平面可多方向多角度測量解算的鉆孔應(yīng)變探頭。

背景技術(shù)

在地球物理及大地測量中，經(jīng)常使用鉆孔應(yīng)變儀對地下巖體的應(yīng)變進(jìn)行測量。測量中，首先在地殼待測部位鉆孔，再將測量探頭下放到待測孔段，使用水泥澆注或機(jī)械支撐等方式將探頭與孔壁耦合。這樣，鉆孔內(nèi)巖石的變形便會傳遞到測量探頭上，應(yīng)變測量元件根據(jù)這一變形達(dá)到測量巖體應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)的目的。這一類鉆孔應(yīng)變儀利用了鉆孔本身的圓柱形空間特點和圓柱形鋼筒在水平剖面向各向同性的力學(xué)特性，使用圓柱型的鋼筒作為其外筒和力學(xué)測量結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)有技術(shù)中，使用RZB型分量式鉆孔應(yīng)變儀進(jìn)行測量。圖1為RZB型分量式鉆孔應(yīng)變儀的傳感器安裝分布結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，各水平分量的應(yīng)變傳感器分層安裝在應(yīng)變儀探頭內(nèi)，圓柱型的鋼筒在水平方向各向同性，因此4個分量的傳感器通過測量各個分向的鋼筒變形，即可測量、解算平面內(nèi)的巖體應(yīng)變。

鉆孔應(yīng)變測量假定鋼筒在其水平剖面各向同性，使用無限平板三層嵌套的彈性力學(xué)模型，如圖2所示。根據(jù)這一彈性力學(xué)原理，傳感器應(yīng)處于同一平面，傳感器測量基線在鋼筒水平剖面圓心處交匯相交。但是，在現(xiàn)實中，并不存在理論模型所描述的在一個平面內(nèi)交匯相交后又彼此穿過的線應(yīng)變傳感器?，F(xiàn)實中，傳感器只能分層安裝或在中心點相互繞行后彼此穿過。而分層安裝方式由于結(jié)構(gòu)簡單，安裝便捷，被廣泛采用。傳感器分層安裝的結(jié)構(gòu)，在外部巖層的巖性均勻，各向同性時，測量結(jié)果與理論模型的差別并不大，但是當(dāng)鉆孔測量段巖性沿軸線分布不均勻或存在裂隙時，測量及應(yīng)變狀態(tài)解算的誤差較大，有時甚至?xí)绊懙秸５挠^測。

實用新型內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提出了一種同平面可多方向多角度解算的鉆孔應(yīng)變探頭，使水平分量鉆孔應(yīng)變測量不僅實現(xiàn)了真正意義的同平面測量，而且可以多路多角度解算，極大的提高了測量效率。

本實用新型的一種同平面可多方向多角度解算的鉆孔應(yīng)變探頭，包括：

探頭外鋼筒；

在所述探頭外鋼筒內(nèi)沿中軸線固定設(shè)置的測量基軸；和

多個應(yīng)變傳感器，設(shè)置于所述探頭外鋼筒與所述測量基軸之間，各應(yīng)變傳感器的一端通過各安裝杯與所述探頭外鋼筒連接，另一端與所述測量基軸連接，各應(yīng)變傳感器在同一平面，以所述測量基軸為中心呈散射狀均勻分布，

當(dāng)所述探頭外鋼筒隨著地下巖層發(fā)生徑向變形時，所述多個應(yīng)變傳感器以其與所述測量基軸之間的接觸部位為基點，沿應(yīng)變傳感器至探頭外鋼筒內(nèi)壁之間的徑向連線為測量基線，進(jìn)行位移變形測量。

優(yōu)選地，所述多個應(yīng)變傳感器為8個應(yīng)變傳感器，所述應(yīng)變傳感器為位移型傳感器。

優(yōu)選地，進(jìn)一步包括與每個應(yīng)變傳感器對應(yīng)的多個精密調(diào)節(jié)桿，通過各精密調(diào)節(jié)桿分別將各應(yīng)變傳感器的一端與所述測量基軸連接。

優(yōu)選地，所述精密調(diào)節(jié)桿為伸縮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，當(dāng)所述應(yīng)變傳感器安裝完成后，所述精密調(diào)節(jié)桿可由用戶控制伸長或縮短，調(diào)節(jié)所述應(yīng)變傳感器處于最佳的安裝與測量狀態(tài)。

優(yōu)選地，各應(yīng)變傳感器的一端通過各傳感器安裝杯及各傳感器安裝密封螺釘分別固定于所述探頭外鋼筒。