一种量子点的地应力测试装置、制备方法和使用方法
【专利摘要】本发明公开了一种量子点的地应力测试装置、制备方法和使用方法，测试装置包括有天然橡胶圆柱体（1），天然橡胶圆柱体的顶面（3）设有一个已知宽度的微裂纹（4），在顶面（3）的表层涂有量子点环氧树脂膜（2）。制备方法为环氧树脂与固化剂混合后，再加入溶于氯仿中的量子点，把量子点环氧树脂涂在天然橡胶圆柱体的顶面，真空干燥5个小时以上。使用方法是，将所述的测试装置放置到钻孔里并注浆，测试装置的顶面与岩体平齐；用现场照相显微镜对测试装置顶面的表层裂纹进行拍照；用便携式光纤光谱仪现场采集裂纹处与非裂纹处的荧光强度信号；通过计算机运算得出裂纹变化量与应力之间的关系式。本发明优点是：能够重复使用，测量精度显著提高。
【专利说明】
_种量子点的地应力测试装置、制备方法和使用方法
技术领域
[0001]本发明属于岩土工程压力测试技术领域，具体涉及一种量子点的地应力测试装置、制备方法和使用该装置实施地应力测试的方法。
【背景技术】
[0002]地应力是引起地下工程岩体变形和破坏的根本作用力，精确获取地应力矢量值是确定工程岩体力学属性，进行围岩稳定性分析，实现地下工程开挖支护设计和决策科学化的必要前提。
[0003]目前，国内外测试地应力的方法有很多，如水压致裂法、应力解除法、声发射法、扁千斤顶法、BWSRM法等。然而由于精度、适用范围等局限性以及工程岩体特殊性等问题，目前工程实践中最常用的地应力测试方法主要是水压致裂法和应力解除法。水压致裂法主要是通过在钻孔中封隔一小段钻孔，向封隔段注入水，并通过孔壁岩体的胀裂来确定地应力。应力解除法主要是通过解除应力，岩芯发生形变，通过测得应变而确定地应力。但是，这些方法存在不可重复性，测量数据的精确度不高等问题。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种量子点的地应力测试装置，它能够重复使用测试，并能提高测量数据的精确度。还提供一种制备该装置的方法。再提供一种使用该测试装置实施地应力测试的方法，该方法能够更加直观便捷的得到测量数据，采集的数据也更加精细。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明提供的一种量子点的地应力测试装置，包括有天然橡胶圆柱体，天然橡胶圆柱体的顶面设有一个已知宽度的微裂纹，在天然橡胶圆柱体的顶面的表层涂有量子点环氧树脂膜。
[0006]本发明提供的一种上述装置的制备方法:环氧树脂与固化剂混合后，再加入溶于氯仿中的量子点，经搅拌后得量子点环氧树脂，把量子点环氧树脂涂在天然橡胶圆柱体的顶面，真空干燥5个小时以上。
[0007]本发明提供的供一种使用上述测试装置实施地应力测试的方法，包括以下步骤: 步骤1、在岩体待测点处钻孔，并将孔壁清理；
步骤2、将上述测试装置放置到钻孔里并注浆，测试装置的顶面与岩体平齐；
步骤3、用紫外光照射灯照射测试装置顶面的量子点环氧树脂薄膜，并采用高精度的现场照相显微镜对测试装置顶面的表层裂纹进行拍照；同时采用便携式光纤光谱仪现场采集裂纹处与非裂纹处的荧光强度信号；
步骤4、将所有采集的照片及荧光强度信号传输至计算机，通过对这些数据进行处理，精确测量出表层裂纹宽度；
步骤5、根据裂纹宽度的变化量，将上述测试装置通过室内真三轴实验标定，并结合理论推导和数值模拟，通过计算机运算得出裂纹变化量与应力之间的关系式。
[0008]由于本发明的测试装置由天然橡胶制成，弹性好，强度高，顶面表层制成的微裂纹在装置受压后，裂纹扩展。在装置放置好一段时间后，采用现场照相显微镜和便携式光纤光谱仪对裂纹宽度进行确定，然后将数据传输至计算机端，通过计算软件得出地应力大小。测试完这点的地应力后，装置可以取出，因为天然橡胶弹性好，扩展的裂纹在装置取出后，可以恢复如初，装置可以重复使用。
[0009]将量子点环氧树脂涂在装置顶面表层，形成量子点环氧树脂薄膜，用紫外光照射灯照射量子点环氧树脂薄膜，量子点产生荧光，再由便携式光纤光谱仪的探头接收荧光图像，存储在携式光纤光谱仪中。随着裂纹的扩展，量子点环氧树脂薄膜的荧光会增强，裂纹处的荧光与非裂纹处荧光强度明显不同。采用现场照相显微镜将装置顶面的表层裂纹拍摄后测量，测量精度可以达到μπι;同时采用便携式光纤光谱仪采集装置顶面裂纹处与非裂纹处的荧光强度信号，并通过分析荧光强度精确得到裂纹的宽度。因此，现场照相显微镜与便携式光纤光谱仪结合使用，更加精确地得出测试装置顶面的表层裂纹变化量。
[0010]本发明采用天然橡胶这种高弹性、高强度的材料作为受力体，使装置受力后裂纹可以扩展，同时也使装置能够重复使用。采用量子点环氧树脂膜，可以使裂纹μπι级的变化都测量准确，使测量精度提高。与现有技术相比，本发明的优点是:能够重复使用，测量精度显著提高。
【附图说明】
[0011]本发明的【附图说明】如下:
图1为本发明的测试装置的结构示意图；
图2为本发明的测试装置的安装使用示意图。
[0012]图中:1.天然橡胶圆柱体;2.量子点环氧树脂薄膜;3.顶面;4.微裂纹;5.便携式光纤光谱仪;6.现场照相显微镜;7.紫外光照射灯;8.钻孔;9.注浆。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:
如图1所示，本发明的装置包括有天然橡胶圆柱体I，天然橡胶圆柱体的顶面3设有一个已知宽度的微裂纹4，在天然橡胶圆柱体的顶面3的表层涂有量子点环氧树脂膜2。
[0014]本发明装置的制备方法为:环氧树脂与固化剂混合后，再加入洗净后溶于氯仿中的量子点，将搅拌后的量子点环氧树脂涂在天然橡胶圆柱体的顶面，真空干燥5个小时以上。
[0015]如图2所示，使用本发明测试装置实施地应力测试的方法，包括以下步骤:
步骤1、在岩体待测点处钻孔，并将孔壁清理；
步骤2、将上述测试装置放置到钻孔8里，本发明的测试装置与钻孔8的缝隙间有注浆9，装置的顶面与岩体平齐；
步骤3、用紫外光照射灯7照射测试装置顶面的量子点环氧树脂薄膜，并采用高精度的现场照相显微镜6对测试装置顶面的表层裂纹进行拍照；同时采用便携式光纤光谱仪5现场采集裂纹处与非裂纹处的荧光强度信号；
步骤4、将所有采集的照片及荧光强度信号传输至计算机，通过对这些数据进行处理，精确测量出表层裂纹宽度；
步骤5、根据裂纹宽度的变化量，将上述测试装置通过室内真三轴实验标定，并结合理论推导和数值模拟，通过计算机运算得出裂纹变化量与应力之间的关系式。
[0016]标定实验的原理跟巴西圆盘实验一样，先在试样处设置微裂纹，然后通过加载装置加载至破坏，得到其裂纹的应力一裂纹变化曲线，从而得到裂纹宽度跟应力间的关系。
【主权项】
1.一种量子点的地应力测试装置，其特征是:包括有天然橡胶圆柱体(I)，天然橡胶圆柱体的顶面(3)设有一个已知宽度的微裂纹(4)，在天然橡胶圆柱体的顶面(3)的表层涂有量子点环氧树脂膜(2)。2.—种制备权利要求1所述测试装置的方法，其特征是:环氧树脂与固化剂混合后，再加入溶于氯仿中的量子点，经搅拌后得量子点环氧树脂，把量子点环氧树脂涂在天然橡胶圆柱体的顶面，真空干燥5个小时以上。3.—种使用权利要求1所述测试装置实施地应力测试的方法，其特征是，包括以下步骤: 步骤1、在岩体待测点处钻孔，并将孔壁清理； 步骤2、将所述的测试装置放置到钻孔里并注浆，测试装置的顶面与岩体平齐； 步骤3、用紫外光照射灯照射测试装置顶面的量子点环氧树脂薄膜，并采用高精度的现场照相显微镜对测试装置顶面的表层裂纹进行拍照；同时采用便携式光纤光谱仪现场采集裂纹处与非裂纹处的荧光强度信号； 步骤4、将所有采集的照片及荧光强度信号传输至计算机，通过对这些数据进行处理，精确测量出表层裂纹宽度； 步骤5、根据裂纹宽度的变化量，将所述测试装置通过室内真三轴实验标定，并结合理论推导和数值模拟，通过计算机运算得出裂纹变化量与应力之间的关系式。
【文档编号】G01L1/24GK105841860SQ201610278341
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】周小平, 肖睿胤, 毕靖, 寿云东
【申请人】重庆大学