[发明专利]一种应力方向自动变换的刚性钻孔应力计与操作方法

说明书

本发明公开了一种应力方向自动变换的刚性钻孔应力计，包括测量装置、信号采集装置和投送装置。所述测量装置与信号采集装置通过导线连接，通过投送装置将测量装置送至钻孔内指定位置，信号采集装置放置于钻孔之外，采集数据后将其回收。其中，测量装置包括高灵敏度应变传感器、免焊接延长导线、刚性片集合座、弧形刚性片，信号采集装置为一个有四个接收通道的信号记录仪，其自身带有电源，具有自动记录数据和存储的功能，投送装置包括伸缩杆、电磁铁和电磁铁开关，本发明的目的在于克服现有的钻孔应力计只能测量钻孔内应力大小而无法识别应力来压方向的缺陷，提出了能够测量钻孔内应力大小与方向识别的应力计。

技术领域

本发明涉及钻孔稳定性及钻孔应力应变测量研究技术领域，提出了一种应力方向自动变换的刚性钻孔应力计与操作方法。

背景技术

钻孔的应用范围广泛，在地质、矿业、地铁、隧道以及其他地下空间工程中都有多种用途，比如地应力测量、超前探测、打锚杆锚索等科研或工程活动，都需要进行钻孔作业。地下工程受地应力的影响极大，需要在工程建设时考虑所处地应力的大小与方向，以便选择合适的支护方式方法以及施工方法，此外，地下工程的稳定性与安全性与应力大小、方向有密切关系。所以，地下工程的建设必须对所处地应力有准确的判断，以防因采取了不恰当的支护方式方法和施工方法造成服务年限或工程质量不达标，进而对正常的生产工作产生影响，造成经济损失甚至是人员伤亡。

一般的地应力测试采用钻孔应力计投放入钻孔内的方法，其前方探头内的传感器收到周围孔壁的挤压得到应力的大小。但是软岩内的钻孔在地应力的影响下极易变形，且孔壁破碎，钻孔应力计在其中使用时探头不容易往其中投放，并且在测量结束后探头容易卡在钻孔内，由于钻孔应力计成本高，因而造成额外的经济损失；另一方面，一般的钻孔应力计只能测量到应力的大小，而地应力还有一个很重要的方面就是其方向。判断出起主要作用的地应力的方向，对于地下工程建设具有重要意义。基于此，本发明提出了一种应力方向自动变换的刚性钻孔应力计与操作方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的钻孔应力计只能测量钻孔内应力大小而无法识别应力来压方向的缺陷，提出一种应力方向自动变换的刚性钻孔应力计与操作方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种应力方向自动变换的刚性钻孔应力计，包括测量装置、信号采集装置和投送装置。所述测量装置与信号采集装置通过导线连接，通过投送装置将测量装置送至钻孔内指定位置，信号采集装置放置于钻孔之外，采集数据后将其回收。

所述测量装置包括高灵敏度应变传感器、免焊接延长导线、刚性片集合座、弧形刚性片，所述高灵敏度应变传感器为高灵敏度电阻应变片，同时带有免焊接延长导线，所述高灵敏度应变传感器位于所述弧形刚性片内壁，充分接触所述弧形刚性片，且一个弧形刚性片配备两个高灵敏度应变传感器，此两个高灵敏度应变传感器视为一组，达到将所述弧形刚性片的变形进行数字化表现的目的，将力与变形信号转化为电信号传递出去；所述刚性片集合座为侧面和顶面分别带有四个和一个插槽的铁质圆柱体，侧面的插槽用于安装弧形刚性片，安装完成之后将其焊接，保证连接的稳固性，顶面的插槽用于与投送装置连接；所述弧形刚性片共有四个，并将所述弧形刚性片进行编号，分别为1号刚性片、2号刚性片、3号刚性片和4号刚性片，俯视图中1号刚性片与刚性片集合座的顶面插槽平行，弧形刚性片固定于所述刚性片集合座上，且所述四个弧形刚性片彼此之间不存在互相接触，以此来保证其中某一个弧形刚性片的变形不会影响到其余三个弧形刚性片的变形情况。

所述信号采集装置为一个有四个接收通道的信号记录仪，分别为1号接收通道、2号接收通道、3号接收通道和4号接收通道，其自身带有电源，具有自动记录数据和存储的功能，每个通道连接一组高灵敏度应变传感器，所述信号采集装置的通道编号与所述高灵敏度应变传感器所在的弧形刚性片按照编号一一对应进行，通过免焊接延长导线与接收通道接线端连接。