[发明专利]钻孔应力传感器及其钻孔应力监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩土、地质安全监测技术，尤其涉及一种钻孔应力传感器及其钻孔应力监测方法。

背景技术

我国山地丘陵占国土总面积2/3以上，随着我国高等级公路的快速修建和山区城镇建设高速发展，岩土高切坡数量日益增多、高度越来越大、坡度越来越陡，地质安全问题则日益凸显。如2007年11月20日，湖北省巴东县高阳寨的国道318线K1405边坡发生巨型崩塌灾害，一辆车牌号为鄂Q20684的客车被崩塌体掩埋，车内31人全部遇难，该崩塌灾害源位于路面以上34m处，崩塌体沿陡崖走向的长度约35m，高约24m，厚5m左右，总体积4512m³，坠落在路面的残余块体体积500m³左右，危岩体由灰岩组成；2005年11月在重庆-涪陵高速公路K58处边坡发生崩塌灾害，崩塌体积600m³左右，砸坏一辆装载冰箱的运输车，公路断道30小时左右；2007年11月25日凌晨6∶00，重庆至涪陵高速公路K42+400高切坡发生特大型岩崩，体积近4000m³，中断交通7小时；2003年10月12日在甘肃红古区民门公路体积约45000m³的危岩体从山峰顶端崩裂滑落，数十车辆被埋；2003年5月11日凌晨1∶55，贵州省三穗县台烈镇宏头村三穗至凯里高速公路正在施工的平溪特大桥3号墩附近边坡发生山体崩塌，总方量约200000m³，被掩埋的35人无一幸存；在三峡库区移民公路及西昌-泸沽湖旅游公路沿线几乎每年均有30余起危岩崩落致灾事件发生；等等。这些灾害事件表明我国公路、城市高边坡目前存在严重地质安全问题。鉴于此，遵循科学发展观，开发相应的仪器设备，揭示高切坡岩土不安全及欠安全部位和范围，对于有效防治边坡地质灾害，确保人民生命财产安全，构建和谐社会，具有重要实用意义。

迄今，国内外在钻孔应力监测技术方面取得了显著进展，提出了钻孔位移法、钻孔变形法、钻孔应力法、钻孔应变法、空心包体应变法、实心包体应变法，开发了CSIRO空心包体应变计、UNSW实心包体应变计。然而，这些方法均只能得到一个数据，获取的数据属于平均应力或平均应变，不能获取不同深度的应力大小，不便于进行边坡局部岩土及地质安全评价。

发明内容

本发明提出了一种钻孔应力传感器，它包括：纵向开口的金属筒、应变片、防水压膜、混凝土填芯、信号传输线，金属筒外表面轴向等距粘贴多个应变片；防水压膜将应变片、金属筒表面完全包裹并紧密粘合；金属筒内孔由混凝土填芯填充。

应变片的信号传输线与应变片连接处的金属筒上有与信号传输线相匹配的小孔，信号传输线穿过小孔铺设于金属筒内表面，各条信号传输线汇聚于金属筒的一端；信号传输线和金属筒内表面被防水压膜紧密覆盖。

金属筒长度不短于3米，外径不小于不小于3cm。

各个应变片间中心间距为不大于50cm。

混凝土填芯4采用采有的水泥标号为C15～C25。

本发明还提出了基于钻孔应力传感器的钻孔应力监测方法，其步骤为：

1)针对开挖岩石边坡、土质边坡或岩土复合型边坡，将位于边坡中下部1/3至1/2坡高范围作为观测区；

2)在观测区内，采用梅花桩式或行列式布置钻孔，钻孔的孔径略大于钻孔应力传感器的金属筒的外径；

3)钻孔清孔后，将粘贴好应变片、信号传输线及防水压膜的金属筒放置于钻孔内，；

4)在金属筒内浇筑混凝土，机械振捣，使混凝土形成密实的混凝土填芯；

5)混凝土填芯完全凝固后实施应力观测，观测持续时间不少于2个月。

钻孔深度与金属筒长度相同，金属筒的筒底伸入钻孔底部，顶端与地表齐平；钻孔圆心轴与地表垂直，钻孔中心间距不大于2m×2m。

本发明的有益技术效果是：能够利用一个钻孔应力传感器有效测试钻孔内不同深度岩土介质的应力变化过程，多个钻孔应力传感器联合应用，可以有效获取边坡不安全、欠安全岩土体的三维区域，揭示其在平面分布范围及深度扩展范围，为后续工程治理及安全监控提供重要科学依据。

附图说明

图1，本发明传感器外观示意图；

图2，本发明传感器横截面示意图；

图3，本发明传感器的应变片与应变信号传输线的连接及布置示意图；

图中：金属筒1、应变片2、防水压膜3、混凝土填芯4、信号传输线5。

具体实施方法