磁力囊体测量地应力的装置和方法与流程

本发明属于测量技术领域，涉及一种磁力囊体测量地应力的装置和方法。

背景技术：

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，由于水压致裂法将实际情况转化为了平面力学问题，导致了对于垂直方向的上的地应力根本没有涉及，与待测深度处的真实情况相悖。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，但是易受岩石晶粒粗细及微裂间隙的影响；应变计的粘贴和防潮技术复杂，尤其孔中有水时难度更大；量测深度浅，一般量测仅30m~50m而且以上两种方法对岩石完整性提出了严苛的要求，不适用于节理裂隙发育的破碎软弱岩体，测量不精准，成本高。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种磁力囊体测量地应力的装置和方法，结构简单，采用在受压变形结构的囊体内设置磁流体的测试球和填充层，可伸缩复位的填充层位于囊体中心的测试球和囊体之间，囊体深入岩体内部，监测设备位于岩体外部测量，测量深度大，测量成本低，测量精度高，操作简单方便。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种磁力囊体测量地应力的装置，它包括囊体、测试球和填充层；所述测试球和填充层位于囊体的内部，测试球位于囊体的中心，填充层位于囊体和测试球之间；所述测试球为磁流体；所述囊体可挤压变形，表层为磁粉层；所述填充层可伸缩复位。

所述囊体为中空的球形结构。

所述测试球为浸满磁流体的硬质海绵球体。

所述测试球的中心设置铁块。

所述测试球为中空的球体，布满表面的毛细管与其联通，球体内灌注磁流体。

所述填充层为海绵，内设置包覆测试球的慢回弹海绵层。

所述填充层为弹簧。

所述弹簧呈放射状分布，与囊体和测试球抵触。

所述囊体内设置摄像头和led灯。

如上所述的磁力囊体测量地应力的装置的测量方法，它包括如下步骤：

s1，钻孔，对要测量的岩体进行钻孔；

s2，扩孔，采用球头钻在孔底进扩孔，使孔底成球形结构；

s3，安装，将囊体放入到孔底；

s4，测量，采用磁力探测设备或观察设备监测岩体内应力；

s1中，钻孔的方向可以是垂直、水平或倾斜状的；

s3中，内置弹簧的囊体可采用包覆膨胀膜后放入到孔底与其接触；内置海绵的囊体放入前为收缩状态，放入后位于空外对其连接进行充气，使其紧贴孔底；

s4中，采用观察设备监测岩体内应力时，仅适用于内置摄像头和led灯的囊体。

一种磁力囊体测量地应力的装置，它包括囊体、测试球和填充层；测试球和填充层位于囊体的内部，测试球位于囊体的中心，填充层位于囊体和测试球之间；测试球为磁流体；囊体可挤压变形，表层为磁粉层；填充层可伸缩复位。结构简单，通过在受压变形结构的囊体内设置磁流体的测试球和填充层，通过位于测试球和囊体之间的填充层回复囊体变形状态，通过将囊体置入钻有孔洞的岩体内，通过监测设备位于岩体外部测量，测量深度大，测量成本低，测量精度高，操作简单方便。

在优选的方案中，囊体为中空的球形结构。结构简单，使用时，球形结构的囊体置入到岩体的钻孔内后，节理裂隙发育的岩体容易松散破裂将囊体包覆，可接受到任意方向的压力，便于测量岩体的应力，测量受力方向准确，测量精度高。

在优选的方案中，测试球为浸满磁流体的硬质海绵球体。结构简单，使用时，磁流体既具有液体的流动性，又具有固体磁性材料的磁性，浸入硬质海绵球体的测试球后，不易受到自重使硬质的海绵体变形，避免浸入的磁流体泄出。

在优选的方案中，测试球的中心设置铁块。结构简单，使用时，浸入到测试球内的磁流体吸附于中心的铁块周围，不易受到自重泄出。

在优选的方案中，测试球为中空的球体，布满表面的毛细管与其联通，球体内灌注磁流体。结构简单，使用时，毛细管位于测试球外的一端封闭，受到挤压的测试球，其内部的磁流体随之进入到毛细管内，监测设备依靠磁感应即可根据磁体的流向测定应力集中的方向。

在优选的方案中，填充层为海绵，内设置包覆测试球的慢回弹海绵层。结构简单，使用时，以海绵为填充层，压缩后能够自动复位，慢回弹海绵层降低回缩的速度，便于监测设备观测，可多次重复使用，降低成本。

在优选的方案中，填充层为弹簧。结构简单，使用时，以弹簧为填充层，受压后伸缩块，可快速自动复位，能重复使用，节约成本。

在优选的方案中，弹簧呈放射状分布，与囊体和测试球抵触。结构简单，使用时，弹簧成放射性状分布在囊体内，分布均匀，在节理裂隙发育的岩体塌落后，能够同时承受各个方向的压力，使内部的测试球受压，磁流体流动，便于监测。

在优选的方案中，囊体内设置摄像头和led灯。结构简单，监测过程中，监测设备可通过磁感应测量应力，内置的led灯和置摄像头与监测设备的监控系统连接后，在磁感应测应力的同时还能够更直观的看到内部弹簧和测试球的伸缩变形情况，监测更直观，更精确。

在优选的方案中，如上磁力囊体测量地应力的装置的测量方法，它包括如下步骤：

s1，钻孔，对要测量的岩体进行钻孔；

s2，扩孔，采用球头钻在孔底进扩孔，使孔底成球形结构；

s3，安装，将囊体放入到孔底；

s4，测量，采用磁力探测设备或观察设备监测岩体内应力；

s1中，钻孔的方向可以是垂直、水平或倾斜状的；

s3中，内置弹簧的囊体可采用包覆膨胀膜后放入到孔底与其接触；内置海绵的囊体放入前为收缩状态，放入后位于空外对其连接进行充气，使其紧贴孔底；

s4中，采用观察设备监测岩体内应力时，仅适用于内置摄像头和led灯的囊体。该方法操作简单方便，成本低，效率高，精确度高。

一种磁力囊体测量地应力的装置和方法，它包括囊体、测试球和填充层，通过在受压变形结构的囊体内设置磁流体的测试球和填充层，通过位于测试球和囊体之间的填充层回复囊体变形状态，通过将囊体置入钻有孔洞的岩体内，通过监测设备位于岩体外部测量。本发明克服了原节理裂隙发育的岩体应力测量不精准，成本高的问题，具有结构简单，测量深度大，测量成本低，测量精度高，操作简单方便的特点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的另一种结构示意图。

图3为本发明测试球的结构示意图。

图4为本发明另一种测试球的结构示意图。

图5为图4的内部结构示意图。

图6为本发明岩体垂直钻孔示意图。

图7为本发明岩体垂直和水平贯通钻孔示意图。

图中：囊体1，测试球2，毛细管21，填充层3，海绵31，弹簧32，慢回弹海绵层32。

具体实施方式

如图1~7中，一种磁力囊体测量地应力的装置，它包括囊体1、测试球2和填充层3；所述测试球2和填充层3位于囊体1的内部，测试球2位于囊体1的中心，填充层3位于囊体1和测试球2之间；所述测试球2为磁流体；所述囊体1可挤压变形，表层为磁粉层；所述填充层3可伸缩复位。结构简单，通过在受压变形结构的囊体1内设置磁流体的测试球2和填充层3，通过位于测试球2和囊体1之间的填充层3回复囊体1变形状态，通过将囊体1置入钻有孔洞的岩体内，通过监测设备位于岩体外部测量，测量深度大，测量成本低，测量精度高，操作简单方便。

优选的方案中，所述囊体1为中空的球形结构。结构简单，使用时，球形结构的囊体1置入到岩体的钻孔内后，节理裂隙发育的岩体容易松散破裂将囊体1包覆，可接受到任意方向的压力，便于测量岩体的应力，测量受力方向准确，测量精度高。

优选的方案中，所述测试球2为浸满磁流体的硬质海绵球体。结构简单，使用时，磁流体既具有液体的流动性，又具有固体磁性材料的磁性，浸入硬质海绵球体的测试球2后，不易受到自重使硬质的海绵体变形，避免浸入的磁流体泄出。

优选的方案中，所述测试球2的中心设置铁块。结构简单，使用时，浸入到测试球2内的磁流体吸附于中心的铁块周围，不易受到自重泄出。

优选的方案中，所述测试球2为中空的球体，布满表面的毛细管21与其联通，球体内灌注磁流体。结构简单，使用时，毛细管21位于测试球2外的一端封闭，受到挤压的测试球2，其内部的磁流体随之进入到毛细管21内，监测设备依靠磁感应即可根据磁体的流向测定应力集中的方向。

优选的方案中，所述填充层3为海绵31，内设置包覆测试球2的慢回弹海绵层32。结构简单，使用时，以海绵31为填充层3，压缩后能够自动复位，慢回弹海绵层32降低回缩的速度，便于监测设备观测，可多次重复使用，降低成本。

优选的方案中，所述填充层3为弹簧32。结构简单，使用时，以弹簧32为填充层3，受压后伸缩块，可快速自动复位，能重复使用，节约成本。

优选的方案中，所述弹簧32呈放射状分布，与囊体1和测试球2抵触。结构简单，使用时，弹簧32成放射性状分布在囊体1内，分布均匀，在节理裂隙发育的岩体塌落后，能够同时承受各个方向的压力，使内部的测试球2受压，磁流体流动，便于监测。

优选的方案中，所述囊体1内设置摄像头和led灯。结构简单，监测过程中，监测设备可通过磁感应测量应力，内置的led灯和置摄像头与监测设备的监控系统连接后，在磁感应测应力的同时还能够更直观的看到内部弹簧32和测试球2的伸缩变形情况，监测更直观，更精确。

优选的方案中，如上所述的磁力囊体测量地应力的装置的测量方法，它包括如下步骤：

s1，钻孔，对要测量的岩体进行钻孔；

s2，扩孔，采用球头钻在孔底进扩孔，使孔底成球形结构；

s3，安装，将囊体1放入到孔底；

s4，测量，采用磁力探测设备或观察设备监测岩体内应力；

s1中，钻孔的方向可以是垂直、水平或倾斜状的；

s3中，内置弹簧32的囊体1可采用包覆膨胀膜后放入到孔底与其接触；内置海绵31的囊体1放入前为收缩状态，放入后位于空外对其连接进行充气，使其紧贴孔底；

s4中，采用观察设备监测岩体内应力时，仅适用于内置摄像头和led灯的囊体1。该方法操作简单方便，成本低，效率高，精确度高。

如上所述的磁力囊体测量地应力的装置和方法，安装使用时，在受压变形结构的囊体1内设置磁流体的测试球2和填充层3，位于测试球2和囊体1之间的填充层3回复囊体1变形状态，将囊体1置入钻有孔洞的岩体内，监测设备位于岩体外部测量，测量深度大，测量成本低，测量精度高，操作简单方便。

使用时，球形结构的囊体1置入到岩体的钻孔内后，节理裂隙发育的岩体容易松散破裂将囊体1包覆，可接受到任意方向的压力，便于测量岩体的应力，测量受力方向准确，测量精度高。

使用时，磁流体既具有液体的流动性，又具有固体磁性材料的磁性，浸入硬质海绵球体的测试球2后，不易受到自重使硬质的海绵体变形，避免浸入的磁流体泄出。

使用时，浸入到测试球2内的磁流体吸附于中心的铁块周围，不易受到自重泄出。

使用时，毛细管21位于测试球2外的一端封闭，受到挤压的测试球2，其内部的磁流体随之进入到毛细管21内，监测设备依靠磁感应即可根据磁体的流向测定应力集中的方向。

使用时，以海绵31为填充层3，压缩后能够自动复位，慢回弹海绵层32降低回缩的速度，便于监测设备观测，可多次重复使用，降低成本。

使用时，以弹簧32为填充层3，受压后伸缩块，可快速自动复位，能重复使用，节约成本。

使用时，弹簧32成放射性状分布在囊体1内，分布均匀，在节理裂隙发育的岩体塌落后，能够同时承受各个方向的压力，使内部的测试球2受压，磁流体流动，便于监测。

监测过程中，监测设备可通过磁感应测量应力，内置的led灯和置摄像头与监测设备的监控系统连接后，在磁感应测应力的同时还能够更直观的看到内部弹簧32和测试球2的伸缩变形情况，监测更直观，更精确。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。