一种测量地应力的高灵敏度钻孔变形计的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及主要应用于岩体的地应力测量，属于岩土工程技术领域，具体地 指一种测量地应力的高灵敏度钻孔变形计。
【背景技术】
[0002] 地应力是赋存于岩体中的一种应力，它不仅是地质环境与地壳稳定性评价的主要 因素，也是地质工程设计和施工的重要资料之一。目前工程上应用最广泛的应力测量方法 是水压致裂法和套孔应力解除法。由于水压致裂法存在必须事先假定地应力张量的一个主 方向与钻孔轴向一致的局限，因此，套孔应力解除法因其可靠性和稳定性被认为是获得空 间三维应力的理想测试方法。套孔解除法中变形法和应变计法应用广泛，主要有以下2种 方法：
[0003] (1)岩土力学（1983年，第4卷第1期）36-2型钻孔变形计的组装工艺和现场应 用；
[0004] (2)岩土力学（1987年，第8卷第3期）空心包体式孔壁应变计。
[0005] 套孔应力解除法中，一般由变形法和应变计法这两种方式。应变计法的精度和可 靠性不高，操作麻烦；而变形法操作相对便利，精度和可靠性较高。因此，最常用的是变形法 的套孔应力解除法测量。
[0006] 工程中套孔解除法使用最多的是36-2型钻孔变形计，其传感器为钢环式传感器， 套孔应力解除过程中将应力释放产生的钻孔变形转化为钢环的变形。但是，对于软弱岩石， 36-2型钻孔变形计传感器刚度较大，触头会给予钻孔壁较大压力、压碎接触处岩石，所测得 变形量大于实际的钻孔变形，产生较大误差。在一般情况下，进行应力解除法的坚硬岩石， 其钻孔变形较小，而36-2型钻孔变形计灵敏度较低，使得测量的精度不高。同时，36-2型钻 孔变形计的传感器不易粘贴应变片，回收率低。
[0007] 如何有效测量各种岩体、特别是孔径变形小的情况，保证检测结果可信且灵敏度 高，这一直是本领域技术人员公认的难题和努力探索的方向，但至今为止尚无令人满意的 技术方案问世。
【发明内容】
[0008] 本实用新型的目的就是要提供一种测量地应力的高灵敏度钻孔变形计为：头部为 变形计头部，中部为空腔圆柱体形的变形计外壳，尾部为锥形卡紧器，所述的变形计外壳内 部依次设置有：沿中心轴线设置有圆柱体形的锁座栓，在所述的锁座栓上依次相互间隔套 装有四组环式传感器和三个传感器座；每组环式传感器上设置有两个感应电阻片；所述的 每个感应电阻片分别接有数据电缆内的电线；所述的数据电缆通过锁座栓的底部的接线板 经由电缆压紧圈在锥形卡紧器尾部引出；
[0009] 所述的每一组环式传感器由两片厚弧形钢片、两片薄弧形钢片相间首尾连接组 成；每片薄弧形钢片的圆弧中心位置的内外两侧对应地分别粘贴一片感应电阻片；每组感 应电阻片的法向的中心轴线重合且穿过环式传感器外周圆的圆心O;每片厚弧形钢片的圆 弧外侧顶部中心上设置有感应触头；所述的感应触头的中心轴线穿过环式传感器外周圆的 圆心O;
[0010] 每个组环式传感器上，两个感应触头的中心轴线和两个感应电阻片的法向的中心 轴线相互垂直且相交于环式传感器外周圆的圆心0 ;
[0011] 四组环式传感器上八个感应触头分别穿过所述的变形计外壳外周上八个检测孔。
[0012] 上述技术方案中，所述变形计外壳外的八个检测孔分为四组，对应四组环式传感 器；以变形计外壳的中心轴线为轴，两两相邻的一组检测孔变形计外壳圆周上依次旋转相 差 45°。
[0013] 上述技术方案中，所述的环式传感器中的两片厚弧形钢片为同等大小的环形的圆 弧片，圆弧角度在90°~180°之间。
[0014] 上述技术方案中，所述的环式传感器中的两片薄弧形钢片为同等大小的环形的圆 弧片，圆弧角度在90°~180°之间。
[0015] 上述技术方案中，每片厚弧形钢片的两端设置有厚弧形钢片螺孔，该厚弧形钢片 螺孔的中心轴线穿过环式传感器外周圆圆心0 ;每片薄弧形钢片的两端设置有薄弧形钢片 螺孔，该薄弧形钢片螺孔的中心轴线穿过环式传感器外周圆圆心0 ;每片厚弧形钢片上的 厚弧形钢片螺孔部位设置有台阶式凹槽，该台阶式凹槽的厚度及宽度和薄弧形钢片的厚度 及宽度相同；将两片薄弧形钢片和两片厚弧形钢片相间首尾连接，所述的薄弧形钢片插入 所述厚弧形钢片的后弧形钢片螺孔的台阶式凹槽上，薄弧形钢片螺孔和厚弧形钢片螺孔对 齐时，对应位置的薄弧形钢片螺孔和厚弧形钢片螺孔的中心轴线重合并穿过外环形传感器 外周圆圆心0,将对应的薄弧形钢片螺孔和厚弧形钢片螺孔用螺钉固定，组成一个环式传感 器。
[0016] 本实用新型所设计的高灵敏度钻孔变形计改变现有传感器的结构形式，采用组合 圆环传感器代替36-2型钻孔变形计中的钢环式传感器。本实用新型所采用的环式传感器 由薄、厚弧形钢片组成。薄、厚弧形钢片的设计采取适当的厚度，从而保证在进行应力解除 时，厚弧形钢片只发生刚体平移，薄弧形钢片只发生弯曲变形。因此，薄弧形钢片上的感应 电阻片能够有效的测量出薄弧形钢片的弯曲形变程度，从而测量地应力。
[0017] 感应触头发生相同的位移量时，本实用新型所采用的环式传感器上粘贴应变片测 得应变量远大于36-2型钻孔变形计应变片测得的应变量。由于薄弧形钢片的厚度明显小 于36-2型钻孔变形计传感器的钢环厚度，使得本实用新型所设计的环式传感器的刚度小 于原36-2型钻孔变形计所使用的整体钢环的刚度；感应触头与钻孔壁接触处的应力更小， 更易于测量。
[0018] 环式传感器采取组合结构，各部分薄、厚弧形钢片可拆卸，在薄弧形钢片上粘贴感 应电阻片的工作更加便捷，而且厚弧形钢片可以重复回收利用。每个环式传感器的结构稳 定，在应力解除过程中，不易受到套钻旋转振动的影响。
[0019] 室内对环式传感器灵敏度标定和现场定向器的使用，保证测试结果的合理性。获 取测变形计应变数据之后，在现场即可快速计算出测量平面地应力量值和方位。
[0020] 本实用新型设计合理，结构简单，灵敏度高，稳定性好，适用于软硬岩石的套孔应 力解除法的地应力测量。
【附图说明】
[0021] 图1为本实用新型所设计的钻孔变形计的结构示意图。
[0022] 图2为钻孔变形计的触头位置分布图。
[0023] 图3为钻孔变形计中钢片传感器安装结构示意图。
[0024] 图4为钻孔变形计测量岩体时的设备结构示意图。
[0025] 图5为待测量岩体上钻套孔的示意图。
[0026] 图6为待测量岩体上钻探测孔的示意图。
[0027] 图7为待测量岩体上探测孔内的钻孔变形计安装示意图。
[0028] 图8为待测量岩体上钻孔变形计测量示意图。
[0029] 图9为测量岩体时钻孔变形计安装示意图。
[0030] 图10为测量岩体时变形计的探头上的标计点水平夹角示意图。
[0031] 图11为实施例中套钻解除距离与各个环式传感器对应的应变关系图。
[0032] 图中：环式传感器1、传感器座2、传感触头3、传感器座盖4、锁座栓5、接线板6、电 缆压紧圈7、压紧螺母8、变形计头部9、变形计外壳10、锥形卡紧器11、数据电缆12、厚弧形 钢片13、薄弧形钢片14、感应电阻片15、检测孔16、环式传感器外周圆17、环式传感器外周 圆圆心0、测量孔18、套孔19、变形计探头20、静态应变仪21、标记点22。
【具体实施方式】
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