一种复合结构的空心包体应力计的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种复合结构的空心包体应力计，该应力计可广泛应用于水利水电、矿山、交通等工程的地下隧洞、边坡岩体三维扰动应力测试，属岩土力学与工程技术领域。
【背景技术】
[0002]岩体扰动应力原位测试是水利水电、矿山和交通等岩石工程安全性研究的重要手段。通过对岩石工程开挖、开采和运行过程中三维应力演化信息的捕获和分析，可为预测预警岩石工程灾害(如塌方、岩爆等)提供直接、原位的基础数据，从而及时采取有效手段预防和控制工程灾害的发生，确保岩石工程施工期和运行期的安全性，减少或避免因工程灾害带来生命财产损失和工期延误。
[0003]因工程开挖而导致岩体中应力的变化，即产生的扰动应力，是岩石工程稳定性评价和预测的重要内容。目前，国内外针对岩体三维扰动应力的测试技术主要包括:(1)基于电法或相关电信号的测试装置，如:澳大利亚CSIRO三向空心包体应力计，此类装置用于测试钻孔孔底单个测点的三向应力；(2)基于光纤光栅技术的三维应力测试装置，如:岩体工程单孔多点光纤光栅空心包体三维应力测试装置(中国专利公开号:CN204085751U)，该装置具有耐腐蚀、抗地下水和电磁干扰等优点，适应性强、稳定性好、可靠性高，能真实反应岩体中的三维应力状态和方向，可实现对钻孔全长多个位置扰动应力空间分布及其演化过程的测试。
[0004]上述三向应力测试装置都采用了空心包体结构，基于电法的CSIRO三向应力计是通过挤压空心包体内预置的有限环氧树脂浆液与孔壁耦合接触测试，在遇到岩体裂隙发育、孔深大于1m时不能实现有效耦合，从而导致测试结果不准确。而基于光纤光栅的三维应力测试装置是由单层空心包体结构形成基底部件，并通过注浆液与孔壁耦合，有效解决了裂隙和深孔条件下的测试难题，该装置的关键技术是要求注浆液不进入单层空心包体的环形空间内，现场安装要求对各部件的装配空隙进行防渗实时处理，一方面，该环形空间必须有注浆管通过，在孔深大于30m时，需要进行高压注浆，使得单层空心包体环形空间难以实现可靠封闭，水泥浆液将进入空心包体内部甚至充满环形空间，直接影响空心包体对环向应变的感应，从而导致测试结果不准确；另一方面，现场安装时，由于注浆管、空心包体和圆形橡胶塞各自为独立部件，对三者进行现场连接和装配空隙封闭处理的过程复杂，安装效率低。
【发明内容】
[0005]针对上述存在的缺陷，本实用新型的目的在于对空心包体应力计增设复合结构，形成预置的密闭环形空间，防止现场注浆过程中水泥浆液进入环形空间内部，实现空心包体对岩体环向应变的真实感应，从而确保空心包体三维应力测试装置获取准确的岩体扰动应力，为岩石工程的稳定性评估和灾害防控提供可靠的应力演化数据。
[0006]为了实现上述目的，其技术解决方案为:
[0007]—种复合结构的空心包体应力计，包括环氧树脂空心包体、刚性连接端环和缠绕在环氧树脂空心包体外表面的光纤，在环氧树脂空心包体内增设了一个空心内圆筒，刚性连接端环一端面上开有间距为3mm的环形外侧卡槽和环形内侧卡槽，刚性连接端环的中心线上还开有通孔，环形外侧卡槽、环形内侧卡槽和通孔的中心在同一轴线上环氧树脂空心包体的两端分别嵌装在环形外侧卡槽内，空心内圆筒的两端分别嵌装在环形外侧卡槽内。
[0008]所述的空心内圆筒为环氧树脂材料，壁厚为1.5_。
[0009]所述的环形外侧卡槽、环形内侧卡槽的宽度为2.0mm，深度为10mm。
[0010]由于采用了以上技术方案，本实用新型复合结构的空心包体应力计的积极效果和优点在于:首先，该复合结构的空心包体应力计通过注浆体与钻孔固结在一起，有效克服了因裂隙、深孔等因素而导致的耦合接触难题；其次，环氧树脂空心包体和空心内圆筒形成了预置密闭环形空间，可有效防止水泥浆液的进入对岩体环向应变测试的不利影响，提高了岩体应力测试的可靠性，并实现对深孔条件下岩体扰动应力的测试；再次，由于该发明中的测试环形空间在现场安装前已完成了密闭处理，且注浆管与空心包体应力计各自为独立安装设施，有效降低了进行现场连接和装配空隙封闭处理的复杂性，大大提高了现场安装效率。
【附图说明】
[0011]图1是本实用新型的结构示意图。
[0012]图2是本实用新型的刚性连接端环的结构示意图。
[0013]图3是图2的俯视图。
[0014]图4是本实用新型应用于下倾测试钻孔的安装示意图。
[0015]图5是本实用新型应用于仰斜测试钻孔的安装示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本实用新型复合结构的空心包体应力计作进一步详细的描述。
[0017]见附图，一种复合结构的空心包体应力计，该空心包体应力计是在中国专利(公开号:CN204085751U)的基础上改进而成，该应力计包括环氧树脂空心包体1、空心内圆筒2、刚性连接端环3和缠绕在环氧树脂空心包体I外表面的光纤，在环氧树脂空心包体I内设置了一个空心内圆筒2，所述的空心内圆筒2为环氧树脂材料，壁厚为1.5_。刚性连接端环3 —端面上开有间距为3mm的环形外侧卡槽4和环形内侧卡槽5，所述的环形外侧卡槽
4、环形内侧卡槽5的宽度为2.0mm，深度为10mm。刚性连接端环3的中心线上还开有通孔，环形外侧卡槽4、环形内侧卡槽5和通孔的中心在同一轴线上，环氧树脂空心包体I的两端分别嵌装在环形外侧卡槽4内，空心内圆筒2的两端分别嵌装在环形外侧卡槽5内。环氧树脂空心包体I和空心内圆筒2之间形成密闭环形空间，使得环氧树脂空心包体I与测试钻孔壁面的岩体环向应变一致，有效提复合结构的空心包体应力计的测试精度。环氧树脂空心包体I外表面开有五条径向凹槽、二条螺旋凹槽和三条互成120°的轴向凹槽，光纤缠绕在径向凹槽、螺旋凹槽和轴向凹槽内，并通过环氧树脂胶结固定。
[0018]本实用新型的具体应用如下:
[0019]实施例1:对于水平或下倾测试钻孔，见附图4所示，在工程岩体测试对象所需的位置开出测试钻孔，将刚性推杆10与复合结构的空心包体应力计上的刚性连接端环3连接，第一注浆管6穿过刚性连接端环3的通孔和空心内圆筒2的内部空间，控制第一注浆管6伸出空心包体复合结构底端0.5-1.0m,以确保注浆体全面覆盖空心包体应力计，并把位于孔口方向的第一注浆管6分段绑定在刚性推杆10上，然后将空心包体应力计和第一注浆管6联合推入测试钻孔内的设计位置，在测试钻孔的孔口安放第一排气管7，封堵测试钻孔孔口后由第一注浆管6自孔底至孔口方向进行全孔注浆，注浆液11固结后，复合结构的空心包体应力计、钻孔和岩体即可形成整体结构，进而实现对岩体应力的可靠测试。
[0020]实施例2:对于仰斜测试钻孔，见附图5所示，同样在工程岩体测试对象所需的位置开出测试钻孔，将刚性推杆10与复合结构的空心包体应力计上的刚性连接端环3连接，第二排气管9穿过刚性连接端环3的通孔和空心内圆筒2的内部空间，控制第二排气管9伸出空心包体复合结构底端0.5-1.0m,以确保注浆体全面覆盖空心包体应力计，并把位于孔口方向的第二排气管9分段绑定在刚性推杆10上，然后将空心包体应力计和第二排气管9联合推入测试钻孔内的设计位置，在测试钻孔的孔口安放第二注浆管8，封堵测试钻孔孔口后由第二注浆管8自孔口至孔底方向进行全孔注浆，直至第二排气管9排出浑浊的注浆液Ilo注浆液11固结后，复合结构的空心包体应力计、钻孔和岩体即可形成整体结构，进而实现对岩体应力的可靠测试。
【主权项】
1.一种复合结构的空心包体应力计，包括环氧树脂空心包体(1 )、刚性连接端环(3)和缠绕在环氧树脂空心包体(1)外表面的光纤，其特征在于:在环氧树脂空心包体(1)内增设了一个空心内圆筒(2)，刚性连接端环(3)—端面上开有间距为3mm的环形外侧卡槽(4)和环形内侧卡槽(5)，刚性连接端环3的中心线上还开有通孔，环形外侧卡槽(4)、环形内侧卡槽(5)和通孔的中心在同一轴线上环氧树脂空心包体(1)的两端分别嵌装在环形外侧卡槽(4)内，空心内圆筒(2)的两端分别嵌装在环形外侧卡槽(5)内。2.根据权利要求1所述的一种复合结构的空心包体应力计，其特征在于:所述的空心内圆筒(2)为环氧树脂材料，壁厚为1.5mm。3.根据权利要求1所述的一种复合结构的空心包体应力计，其特征在于:所述的环形外侧卡槽(4)、环形内侧卡槽(5)的宽度为2.0mm，深度为10mmo
【专利摘要】本实用新型涉及一种复合结构的空心包体应力计。它是由环氧树脂空心包体、空心内圆筒、刚性连接端环和缠绕在环氧树脂空心包体外表面的光纤组成。该复合结构的空心包体应力计设置有密闭环形空间，可有效避免水泥浆液的进入而影响环向应变的测试，提高了岩体三维扰动应力测试的可靠性。该复合结构的空心包体应力计通过注浆体与测试钻孔固结在一起，有效克服了因裂隙、深孔等因素而导致的耦合接触难题。密闭环形空间的预置处理有效降低了进行现场连接和装配空隙封闭处理的复杂性，大大提高了测试装置的安装效率。适用于仰斜、下倾和水平的不同角度测试钻孔，可应用于水利水电、矿山、交通等地下隧洞和边坡工程岩体三维扰动应力的测试。
【IPC分类】G01L1/24
【公开号】CN204988574
【申请号】CN201520564505
【发明人】李邵军, 鲁燕儿, 张东生, 冯夏庭, 孙钱程
【申请人】中国科学院武汉岩土力学研究所
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年7月29日