一種復合結構的空心包體應力計的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復合結構的空心包體應力計，該應力計可廣泛應用于水利水電、礦山、交通等工程的地下隧洞、邊坡巖體三維擾動應力測試，屬巖土力學與工程技術領域。
【背景技術】
[0002]巖體擾動應力原位測試是水利水電、礦山和交通等巖石工程安全性研究的重要手段。通過對巖石工程開挖、開采和運行過程中三維應力演化信息的捕獲和分析，可為預測預警巖石工程災害(如塌方、巖爆等)提供直接、原位的基礎數(shù)據(jù)，從而及時采取有效手段預防和控制工程災害的發(fā)生，確保巖石工程施工期和運行期的安全性，減少或避免因工程災害帶來生命財產(chǎn)損失和工期延誤。
[0003]因工程開挖而導致巖體中應力的變化，即產(chǎn)生的擾動應力，是巖石工程穩(wěn)定性評價和預測的重要內容。目前，國內外針對巖體三維擾動應力的測試技術主要包括:(1)基于電法或相關電信號的測試裝置，如:澳大利亞CSIRO三向空心包體應力計，此類裝置用于測試鉆孔孔底單個測點的三向應力；(2)基于光纖光柵技術的三維應力測試裝置，如:巖體工程單孔多點光纖光柵空心包體三維應力測試裝置(中國專利公開號:CN204085751U)，該裝置具有耐腐蝕、抗地下水和電磁干擾等優(yōu)點，適應性強、穩(wěn)定性好、可靠性高，能真實反應巖體中的三維應力狀態(tài)和方向，可實現(xiàn)對鉆孔全長多個位置擾動應力空間分布及其演化過程的測試。
[0004]上述三向應力測試裝置都采用了空心包體結構，基于電法的CSIRO三向應力計是通過擠壓空心包體內預置的有限環(huán)氧樹脂漿液與孔壁耦合接觸測試，在遇到巖體裂隙發(fā)育、孔深大于1m時不能實現(xiàn)有效耦合，從而導致測試結果不準確。而基于光纖光柵的三維應力測試裝置是由單層空心包體結構形成基底部件，并通過注漿液與孔壁耦合，有效解決了裂隙和深孔條件下的測試難題，該裝置的關鍵技術是要求注漿液不進入單層空心包體的環(huán)形空間內，現(xiàn)場安裝要求對各部件的裝配空隙進行防滲實時處理，一方面，該環(huán)形空間必須有注漿管通過，在孔深大于30m時，需要進行高壓注漿，使得單層空心包體環(huán)形空間難以實現(xiàn)可靠封閉，水泥漿液將進入空心包體內部甚至充滿環(huán)形空間，直接影響空心包體對環(huán)向應變的感應，從而導致測試結果不準確；另一方面，現(xiàn)場安裝時，由于注漿管、空心包體和圓形橡膠塞各自為獨立部件，對三者進行現(xiàn)場連接和裝配空隙封閉處理的過程復雜，安裝效率低。

【發(fā)明內容】

[0005]針對上述存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于對空心包體應力計增設復合結構，形成預置的密閉環(huán)形空間，防止現(xiàn)場注漿過程中水泥漿液進入環(huán)形空間內部，實現(xiàn)空心包體對巖體環(huán)向應變的真實感應，從而確?？招陌w三維應力測試裝置獲取準確的巖體擾動應力，為巖石工程的穩(wěn)定性評估和災害防控提供可靠的應力演化數(shù)據(jù)。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，其技術解決方案為: 一種復合結構的空心包體應力計，包括環(huán)氧樹脂空心包體、剛性連接端環(huán)和纏繞在環(huán)氧樹脂空心包體外表面的光纖，在環(huán)氧樹脂空心包體內增設了一個空心內圓筒，剛性連接端環(huán)一端面上開有間距為3mm的環(huán)形外側卡槽和環(huán)形內側卡槽，剛性連接端環(huán)的中心線上還開有通孔，環(huán)形外側卡槽、環(huán)形內側卡槽和通孔的中心在同一軸線上環(huán)氧樹脂空心包體的兩端分別嵌裝在環(huán)形外側卡槽內，空心內圓筒的兩端分別嵌裝在環(huán)形外側卡槽內。
[0007]所述的空心內圓筒為環(huán)氧樹脂材料，壁厚為1.5_。
[0008]所述的環(huán)形外側卡槽、環(huán)形內側卡槽的寬度為2.0mm，深度為10mm。
[0009]由于采用了以上技術方案，本發(fā)明復合結構的空心包體應力計的積極效果和優(yōu)點在于:首先，該復合結構的空心包體應力計通過注漿體與鉆孔固結在一起，有效克服了因裂隙、深孔等因素而導致的耦合接觸難題；其次，環(huán)氧樹脂空心包體和空心內圓筒形成了預置密閉環(huán)形空間，可有效防止水泥漿液的進入對巖體環(huán)向應變測試的不利影響，提高了巖體應力測試的可靠性，并實現(xiàn)對深孔條件下巖體擾動應力的測試；再次，由于該發(fā)明中的測試環(huán)形空間在現(xiàn)場安裝前已完成了密閉處理，且注漿管與空心包體應力計各自為獨立安裝設施，有效降低了進行現(xiàn)場連接和裝配空隙封閉處理的復雜性，大大提高了現(xiàn)場安裝效率。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
[0011]圖2是本發(fā)明的剛性連接端環(huán)的結構示意圖。
[0012]圖3是圖2的俯視圖。
[0013]圖4是本發(fā)明應用于下傾測試鉆孔的安裝示意圖。
[0014]圖5是本發(fā)明應用于仰斜測試鉆孔的安裝示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本發(fā)明復合結構的空心包體應力計作進一步詳細的描述。
[0016]見附圖，一種復合結構的空心包體應力計，該空心包體應力計是在中國專利(公開號:CN204085751U)的基礎上改進而成，該應力計包括環(huán)氧樹脂空心包體1、空心內圓筒2、剛性連接端環(huán)3和纏繞在環(huán)氧樹脂空心包體I外表面的光纖，在環(huán)氧樹脂空心包體I內設置了一個空心內圓筒2，所述的空心內圓筒2為環(huán)氧樹脂材料，壁厚為1.5_。剛性連接端環(huán)3 —端面上開有間距為3mm的環(huán)形外側卡槽4和環(huán)形內側卡槽5，所述的環(huán)形外側卡槽
4、環(huán)形內側卡槽5的寬度為2.0mm，深度為10mm。剛性連接端環(huán)3的中心線上還開有通孔，環(huán)形外側卡槽4、環(huán)形內側卡槽5和通孔的中心在同一軸線上，環(huán)氧樹脂空心包體I的兩端分別嵌裝在環(huán)形外側卡槽4內，空心內圓筒2的兩端分別嵌裝在環(huán)形外側卡槽5內。環(huán)氧樹脂空心包體I和空心內圓筒2之間形成密閉環(huán)形空間，使得環(huán)氧樹脂空心包體I與測試鉆孔壁面的巖體環(huán)向應變一致，有效提復合結構的空心包體應力計的測試精度。環(huán)氧樹脂空心包體I外表面開有五條徑向凹槽、二條螺旋凹槽和三條互成120°的軸向凹槽，光纖纏繞在徑向凹槽、螺旋凹槽和軸向凹槽內，并通過環(huán)氧樹脂膠結固定。
[0017]本發(fā)明的具體應用如下:
實施例1:對于水平或下傾測試鉆孔，見附圖4所示，在工程巖體測試對象所需的位置開出測試鉆孔，將剛性推桿10與復合結構的空心包體應力計上的剛性連接端環(huán)3連接，第一注漿管6穿過剛性連接端環(huán)3的通孔和空心內圓筒2的內部空間，控制第一注漿管6伸出空心包體復合結構底端0.5-1.0m,以確保注漿體全面覆蓋空心包體應力計，并把位于孔口方向的第一注漿管6分段綁定在剛性推桿10上，然后將空心包體應力計和第一注漿管6聯(lián)合推入測試鉆孔內的設計位置，在測試鉆孔的孔口安放第一排氣管7，封堵測試鉆孔孔口后由第一注漿管6自孔底至孔口方向進行全孔注漿，注漿液11固結后，復合結構的空心包體應力計、鉆孔和巖體即可形成整體結構，進而實現(xiàn)對巖體應力的可靠測試。
[0018]實施例2:對于仰斜測試鉆孔，見附圖5所示，同樣在工程巖體測試對象所需的位置開出測試鉆孔，將剛性推桿10與復合結構的空心包體應力計上的剛性連接端環(huán)3連接，第二排氣管9穿過剛性連接端環(huán)3的通孔和空心內圓筒2的內部空間，控制第二排氣管9伸出空心包體復合結構底端0.5-1.0m,以確保注漿體全面覆蓋空心包體應力計，并把位于孔口方向的第二排氣管9分段綁定在剛性推桿10上，然后將空心包體應力計和第二排氣管9聯(lián)合推入測試鉆孔內的設計位置，在測試鉆孔的孔口安放第二注漿管8，封堵測試鉆孔孔口后由第二注漿管8自孔口至孔底方向進行全孔注漿，直至第二排氣管9排出渾濁的注漿液Ilo注漿液11固結后，復合結構的空心包體應力計、鉆孔和巖體即可形成整體結構，進而實現(xiàn)對巖體應力的可靠測試。
【主權項】
1.一種復合結構的空心包體應力計，包括環(huán)氧樹脂空心包體(I )、剛性連接端環(huán)(3)和纏繞在環(huán)氧樹脂空心包體(I)外表面的光纖，其特征在于:在環(huán)氧樹脂空心包體(I)內增設了一個空心內圓筒(2)，剛性連接端環(huán)(3)—端面上開有間距為3mm的環(huán)形外側卡槽(4)和環(huán)形內側卡槽(5)，剛性連接端環(huán)3的中心線上還開有通孔，環(huán)形外側卡槽(4)、環(huán)形內側卡槽(5)和通孔的中心在同一軸線上環(huán)氧樹脂空心包體(I)的兩端分別嵌裝在環(huán)形外側卡槽(4)內，空心內圓筒(2)的兩端分別嵌裝在環(huán)形外側卡槽(5)內。2.根據(jù)權利要求1所述的一種復合結構的空心包體應力計，其特征在于:所述的空心內圓筒(2)為環(huán)氧樹脂材料，壁厚為1.5mm。3.根據(jù)權利要求1所述的一種復合結構的空心包體應力計，其特征在于:所述的環(huán)形外側卡槽(4)、環(huán)形內側卡槽(5)的寬度為2.0mm，深度為1mm0
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種復合結構的空心包體應力計。它是由環(huán)氧樹脂空心包體、空心內圓筒、剛性連接端環(huán)和纏繞在環(huán)氧樹脂空心包體外表面的光纖組成。該復合結構的空心包體應力計設置有密閉環(huán)形空間，可有效避免水泥漿液的進入而影響環(huán)向應變的測試，提高了巖體三維擾動應力測試的可靠性。該復合結構的空心包體應力計通過注漿體與測試鉆孔固結在一起，有效克服了因裂隙、深孔等因素而導致的耦合接觸難題。密閉環(huán)形空間的預置處理有效降低了進行現(xiàn)場連接和裝配空隙封閉處理的復雜性，大大提高了測試裝置的安裝效率。適用于仰斜、下傾和水平的不同角度測試鉆孔，可應用于水利水電、礦山、交通等地下隧洞和邊坡工程巖體三維擾動應力的測試。
【IPC分類】G01L1/24
【公開號】CN105004460
【申請?zhí)枴緾N201510456407
【發(fā)明人】李邵軍, 魯燕兒, 張東生, 馮夏庭, 孫錢程
【申請人】中國科學院武漢巖土力學研究所
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年7月29日