岩体内部位移与同位应力同步测量设备

本发明涉及监测设备技术领域，尤其涉及一种岩体内部位移与同位应力同步测量设备。

背景技术：

随着智能矿山建设进程加快，露天矿永久边坡稳定性在线监测势在必行。当前，边坡监测系统主要包括坡体表面位移、岩体深部位移、坡体应力、降雨量、裂缝、支护结构荷载等内容。其中，坡体内部位移和应力又是反映边坡内部岩体稳定性的重要指标。

然而，在现有监测仪器布置方案中，必须把位移计与应力计分开设置，即钻凿两个半径近似、孔深和孔向均一致的钻孔，一个安装多基点位移计，一个安装钻孔应力计。在上述设备安装和测量过程中，由于钻孔施工精度问题，孔内某一深度的位移和应力测量结果并非精确的同一位置，数据对比性差且不具有说服性。此外，由于需要开凿两个钻孔，施工经济成本和时间成本过高，造成人力、物力、财力和时间浪费。同时，边坡多基点位移计和钻孔应力重量大，在其安装过程中仪器测量方向出现变化甚至损坏的情况，尤其在安装应力计时，由于连接管太重，给安装人员带来了极大的麻烦。

技术实现要素：

有鉴于此，有必要提供一种在一个钻孔内实现岩体深部位移与相同位置应力同步监测的岩体内部位移与同位应力同步测量设备。

本发明提供一种岩体内部位移与同位应力同步测量设备，包括：

基座托盘；

位移计，位移计固定于基座托盘，位移计的检测端背离基座托盘；

测杆，测杆为直杆，测杆的一端同轴固定连接于位移计的检测端；

固定托盘，固定托盘垂直固定于测杆的另一端、平行于基座托盘；

应力计，应力计固定于固定托盘背离基座托盘的端面上。

可选的，岩体内部位移与同位应力同步测量设备还包括保护套管，保护套管套设在位移计和测杆的外部，保护套管的一端连接基座托盘、另一端连接固定托盘。

可选的，岩体内部位移与同位应力同步测量设备还包括外部保护罩，外部保护罩的开口端连接基座托盘，外部保护罩上开设有第一过线孔，位移计数据线穿过第一过线孔。

可选的，固定托盘上开设有第二过线孔，基座托盘上开设有第三过线孔，应力计数据线依次穿过第二过线孔、保护套管、第三过线孔和第一过线孔。

可选的，岩体内部位移与同位应力同步测量设备还包括测杆连接头，测杆连接头上设置有贯穿测杆连接头的螺纹孔，测杆有多个，每一个测杆的两端均形成有外螺纹，多个测杆依次同轴连接，每两个相邻的测杆通过一个测杆连接头连接。

可选的，应力计包括三个应变片，三个应变片的一端相连，一个应变片布置在另两个应变片之间，且与另两个应变片之间的夹角均为45°，另两个应变片之间的夹角为90°。

可选的，位移计为振弦式位移计。

可选的，岩体内部位移与同位应力同步测量设备还包括应力计保护罩，应力计保护罩固定于固定托盘背离基座托盘的端面上，应力计保护罩包覆住应力计外部。

本发明的有益效果为：

本发明提供的岩体内部位移与同位应力同步测量设备，由于其测杆和应力计分别安装在固定托盘的两侧，而测杆又与位移计的检测端连接，因此当整个装置布置在岩体钻孔内时，固定托盘能够抵接钻孔的侧壁，使得应力计能够稳定的抵接钻孔的底部检测岩体在钻孔轴向的应力，并且当岩体在钻孔轴向发生形变时，也会拉扯或挤压测杆，从而将形变量传递给位移计检测岩体的位移，由于应力计和位移计在同一钻孔内，减少了钻孔数目，其可同时测得一个位置的应变和位移，降低了分别打孔安装多基点位移计与应力计测量结果的不精确，具备很好的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的岩体内部位移与同位应力同步测量设备的剖视图；

图2是本发明的岩体内部位移与同位应力同步测量设备的右视图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

将理解的是，尽管在这里可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开来。

实施例一

结合图1和图2所示，本实施例公开的一种岩体内部位移与同位应力同步测量设备，其包括基座托盘1、位移计2、测杆3、固定托盘4和应力计5。

在本实施例中，基座托盘1为圆形钢制托盘，其直径大于岩体上的钻孔直径3～5cm，并且在基座托盘1上开设有用于安装位移计2的过孔。本实施例的位移计2采用振弦式位移计2，振弦式位移计2固定于基座托盘1，振弦式位移计2的固定端具有一个外螺纹接头，该外螺纹接头能够穿过基座托盘1上的过孔，从而通过一个螺母6将其锁紧在基座托盘1上。容易理解的是，过孔也可以是螺纹孔直接与外螺纹接头配合连接。振弦式位移计2的检测端则背离基座托盘1，可将拉伸或压缩等变形量转换为电压变化频率，完成机械变形向电信号转换。

本实施例的测杆3为直杆，每一个测杆3都是玻璃纤维等绝缘材质的细杆状构件组成。测杆3的一端同轴固定连接于位移计2的检测端，测杆3的另一端则固定连接固定托盘4，以便传递位移和测量固定托盘4的安装深度。容易理解的是，在实际生产中，侧杆的长度是有限的，而钻孔的深度是不确定的，那么测杆3的数量就是可以根据实际需要设置多个的。具体来说，岩体内部位移与同位应力同步测量设备还包括测杆连接头7，测杆连接头7上设置有贯穿测杆连接头7的螺纹孔，即测杆连接头7为筒形钢制螺母，而每一个测杆3的两端均形成有外螺纹，多个测杆3依次同轴连接，每两个相邻的测杆3通过一个测杆连接头7配套连接。例如一个测杆3长1米，钻孔深20米，那么只需要20根测杆3依次相连就可以延伸至钻孔的底部。

本实施例的固定托盘4为圆形钢制托盘，直径略小于钻孔直径，厚度为3～5cm，固定托盘4垂直固定于测杆3的另一端且平行于基座托盘1。而应力计5就固定于固定托盘4背离基座托盘1的端面上。本实施例的应力计5为电阻式应变片，应变片总共有三个，三个应变片的一端相连，一个应变片布置在另两个应变片之间，且与另两个应变片之间的夹角均为45°，另两个应变片之间的夹角为90°。并且三个应变片都是采用树脂粘结剂将应变片固定在固定托盘4背离基座托盘1的端面。并且，在固定托盘4安装至钻孔内部前，需要反复挤压固定托盘4的外边缘，以消除应力计5安装过程中造成的装配集中应力。

进一步的，本实施例的岩体内部位移与同位应力同步测量设备还包括外部保护罩8和应力计保护罩9。其中，外部保护罩8为钢制圆筒形构造，外部保护罩8的圆筒内径与基座托盘1的外径一致，外部保护罩8的开口端扣合连接基座托盘1，外部保护罩8上开设有第一过线孔，位移计数据线10穿过第一过线孔。而应力计保护罩9也为钢制圆筒形构造，圆筒外径与固定托盘4的外径一致，高度为2～3cm，应力计保护罩9固定于固定托盘4背离基座托盘1的端面上，且应力计保护罩9朝向固定托盘4的一侧的圆形底面镂空，以便与固定托盘4粘结固定并包覆保护位于固定托盘4底面的应力计5。需要说明的是，固定托盘4上开设有第二过线孔，基座托盘1上开设有第三过线孔，应力计数据线11依次穿过第二过线孔、第三过线孔和第一过线孔。值得注意的是，位移计数据线10和应力计数据线11均为铜芯低阻漆包线。

更进一步的，本实施例的岩体内部位移与同位应力同步测量设备还包括保护套管，保护套管的材质为pvc塑料管，其内径略大于位移计2的直径，保护套管套设在位移计2和测杆3的外部，并且套管也将应力计数据线11包覆在内，保护位移计2、测杆3和应力计数据线11不受孔内混凝土腐蚀。保护套管的一端连接基座托盘1、另一端连接固定托盘4。由于在实际生产中，侧杆的长度是有限的，而钻孔的深度是不确定的，那么测杆3的数量就是可以根据实际需要设置多个的。因此保护套管的数量也是可以设置多个的，多个保护套管依次连接且通过管接头连接。每一个管接头均为pvc塑料管，其内径大于保护套管的外径2mm左右，长度为2～3cm，采用热熔方法连接保护套管。

本实施例的岩体内部位移与同位应力同步测量设备在装入钻孔前，首先在孔外进行组装连接，其具体组装过程为

(1)使用测杆连接头7逐根连接测杆3，将测杆3组合成指定长度h；

(2)在固定托盘4的底面布置三个应变片，并且按照每两个相邻的应变片之间夹角为45°向三个方向布置，构成应变花，并采用防水树脂黏贴固化，组成应力计5；

(3)采用焊接方法连接应力计数据线11和应力计5，并穿过固定托盘4的第二过线孔，随后采用防水树脂粘结剂将应力计保护罩9黏贴至固定托盘4的底面；

(4)使用测杆连接头7连接测杆3和固定托盘4，应力计数据线11沿测杆3延伸方向布置；

(5)使用测杆连接头7将测杆3的另一端与位移计2连接；

(6)将保护套管逐根套入连接伸长的测杆3，其连接部位安装管接头，并采用热熔方法逐根连接；

(7)应力计数据线11穿入保护套管；

(8)使用数据采集仪器分别连接位移计数据线10和应力计数据线11，进行装置性能检测，确认无连接错误。

待上述组装过程完成后，开始进行孔内安装，具体安装步骤如下：

(1)在钻孔内进行初次灌注混凝土砂浆，灌注完成后钻孔深度为h，并确保已灌注段钻孔充填密实；

(2)将上述已组装的应力计数据线11、位移计2、保护套管、测杆3、固定托盘4、应力计保护罩9、应力计5装入钻孔内；

(3)在保护套管与钻孔壁之间的环形空间进行孔内二次混凝土砂浆灌注，并保证砂浆密实充填；

(4)在孔口放置基座托盘1，并将位移计2螺纹段穿过基座托盘1的过孔，使用螺母6连接固定基座托盘1和位移计2，应力计数据线11穿过基座托盘1上的第三过线孔和外部保护罩8上的第一过线孔；

(5)将外部保护罩8与基座托盘1扣合，并采用防水树脂粘结固定，并将位移计数据线10和应力计数据线11由外部保护罩8的第一过线孔穿出，用以连接数据采集仪器。

将本装置埋在岩体中，就可以用于岩体的测量。由于其测杆3和应力计5分别安装在固定托盘4的两侧，而测杆3又与位移计2的检测端连接，因此当整个装置布置在岩体钻孔内时，固定托盘4能够抵接钻孔的侧壁，使得应力计5能够稳定的抵接钻孔的底部检测岩体在钻孔轴向的应力，并且当岩体在钻孔轴向发生形变时，也会拉扯或挤压测杆3，从而将形变量传递给位移计2检测岩体的位移，由于应力计5和位移计2在同一钻孔内，减少了钻孔数目，其可同时测得一个位置的应变和位移，降低了分别打孔安装多基点位移计2与应力计5测量结果的不精确。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。