[發(fā)明專利]一種地下工程三維應(yīng)力的硬殼包體應(yīng)力計及監(jiān)測系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211278984.0
• 申請日: 2022-10-19
• 公開（公告）號: CN115479711B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳衛(wèi)忠;趙武勝;譚賢君;秦長坤;施崢嶸;曹向陽
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所
• 主分類號: G01L5/1627
• 分類號: G01L5/1627
• 代理公司: 北京眾達德權(quán)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11570
• 代理人: 田靈菲

本申請涉及一種地下工程三維應(yīng)力的硬殼包體應(yīng)力計及監(jiān)測系統(tǒng)，所述硬殼包體應(yīng)力計包括：彈性筒體和至少三組應(yīng)變花，其中，所述彈性筒體安裝于所述地下工程的鉆孔內(nèi)，至少三組所述應(yīng)變花沿周向等間距設(shè)置于所述彈性筒體的筒身內(nèi)壁上。本申請可以通過數(shù)據(jù)采集與變送模塊精密測量各組應(yīng)變花的應(yīng)變值及其變量，并經(jīng)計算得出地下工程三維應(yīng)力，可以實現(xiàn)地下工程復(fù)雜環(huán)境下三維應(yīng)力演化過程的動態(tài)長期監(jiān)測，真實反映巖體中的三維應(yīng)力實時狀態(tài)、空間分布及演化過程，為工程災(zāi)害的預(yù)警和控制提供原位基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，解決以往無法實現(xiàn)三維應(yīng)力的長期動態(tài)監(jiān)測問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及地下工程三維應(yīng)力測試領(lǐng)域，尤其涉及一種地下工程三維應(yīng)力的硬殼包體應(yīng)力計及監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著水利、交通、礦山等行業(yè)地下工程開發(fā)深度和范圍的不斷增加，強擾動施工誘發(fā)的巖爆、大變形、突涌水、礦震等災(zāi)害愈發(fā)強烈，且災(zāi)害的發(fā)生頻率及危害性也與之俱增。同時，在我國西部高烈度地震區(qū)修建的地下工程越來越多，這些地下工程面臨的地震風(fēng)險不可忽視，如何獲取地震過程中圍巖與結(jié)構(gòu)的變形與應(yīng)力響應(yīng)過程一直是行業(yè)的難點與焦點，但是國內(nèi)外尚無成熟的相關(guān)產(chǎn)品與技術(shù)。

沖擊地壓、巖爆、地震等動力災(zāi)害常常造成地下工程的巨大破壞，以煤礦中的沖擊地壓為例，其常導(dǎo)致施工設(shè)備損壞和重大人員傷亡事故，嚴(yán)重影響工程施工進度和安全。因此，研究沖擊地壓、巖爆、地震等動力災(zāi)害的發(fā)生機理并對其進行監(jiān)測預(yù)警是一個亟待解決且意義重大的科學(xué)、工程問題。動力災(zāi)害的發(fā)生機理，是動力災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警的理論基礎(chǔ)。目前，關(guān)于沖擊地壓、巖爆等動力災(zāi)害的發(fā)生機理和評判標(biāo)準(zhǔn)眾說紛紜，雖然尚未取得一致認(rèn)識，但都認(rèn)為復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造與高度的應(yīng)力集中是引起地下工程施工過程中動力災(zāi)害的關(guān)鍵因素。由此可見，實時監(jiān)測地下工程圍巖三維應(yīng)力的動態(tài)演化過程，不僅有助于了解巖體中應(yīng)力集中的區(qū)域和大小，還可為動力災(zāi)害預(yù)警并采取有效的工程措施提供可靠的依據(jù)。

西部地區(qū)地形地貌、地質(zhì)條件復(fù)雜，構(gòu)造活動強烈，巖石地下工程因強震所誘發(fā)的震害將導(dǎo)致工程局部破壞甚至失效，危及交通公路、鐵路等生命線工程和水電開發(fā)工程以及國防工程的整體安全與運營，威脅國家安全和社會經(jīng)濟發(fā)展。因此，開展強震區(qū)重大巖石地下工程地震災(zāi)變機制與抗震設(shè)計理論的基礎(chǔ)研究已成為國家安全、社會經(jīng)濟發(fā)展和工程建設(shè)的重大需求。目前國內(nèi)外工程實踐中很少獲得地下工程結(jié)構(gòu)和圍巖在地震過程中應(yīng)力的動態(tài)響應(yīng)過程，給地下結(jié)構(gòu)的科學(xué)合理的抗震設(shè)計帶來不小的難度，迫切需要發(fā)展可以監(jiān)測圍巖和結(jié)構(gòu)三維應(yīng)力動態(tài)響應(yīng)的監(jiān)測技術(shù)。

此外，在監(jiān)測地下工程三維應(yīng)力時，一般需要持續(xù)一段較長的時間，一般要持續(xù)十幾天、數(shù)月甚或數(shù)年不等，這就對監(jiān)測裝置的長期穩(wěn)定性提出了較高的要求。同時，動力災(zāi)害發(fā)生迅猛，這也對監(jiān)測裝置的動態(tài)測量能力提出了較高的要求。

目前，在地下工程三維應(yīng)力測量領(lǐng)域，常用的傳感器有空心軟包體應(yīng)力計、孔徑變形計、光纖光柵三維應(yīng)力傳感器、單向鉆孔應(yīng)力計等。這些傳感器應(yīng)用于地下工程三維應(yīng)力長期監(jiān)測時存在一些問題。由于空心軟包體應(yīng)力計的殼體材料通常具有明顯的流變性，當(dāng)使用其進行應(yīng)力長期監(jiān)測時，殼體的流變性會導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)出現(xiàn)顯著偏差，無法得到準(zhǔn)確的監(jiān)測結(jié)果，而目前的光纖光柵應(yīng)力傳感器和振弦式應(yīng)力計無法實時高頻采集三維應(yīng)力。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中的傳感器無法滿足對地下空間復(fù)雜環(huán)境下圍巖和結(jié)構(gòu)的三維應(yīng)力演化過程及動靜態(tài)響應(yīng)過程的監(jiān)測要求。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題或者至少部分地解決上述技術(shù)問題，本申請?zhí)峁┝艘环N地下工程三維應(yīng)力的硬殼包體應(yīng)力計及監(jiān)測系統(tǒng)。

本申請?zhí)峁┝艘环N地下工程三維應(yīng)力的硬殼包體應(yīng)力計，包括：彈性筒體和至少三組應(yīng)變花，其中，所述彈性筒體安裝于所述地下工程的鉆孔內(nèi)，至少三組所述應(yīng)變花沿周向等間距設(shè)置于所述彈性筒體的筒身內(nèi)壁上。

優(yōu)選地，所述彈性筒體包括：彈性筒身、彈性壓蓋和彈性螺母，其中，所述彈性筒身的兩端開口，所述彈性螺母將所述彈性壓蓋對應(yīng)旋緊設(shè)置于所述彈性筒身的兩端開口處，所述彈性壓蓋對應(yīng)封堵所述彈性筒身的兩端開口。