[发明专利]一种边坡模型试验的球形运动及应力监测仪器

说明书

本发明公开了一种边坡模型试验的球形运动及应力监测仪器，包括应变测量装置，姿态记录装置和数据处理装置，通过应力测量装置测量应变，通过姿态记录装置记录姿态，再将数据传入数据处理装置进行处理。其中，应变测量装置包括弹性应变壳和高精度电阻式应变片，姿态测量装置包括导线管和高灵敏陀螺仪姿态传感器，数据处理装置包括应变记录仪和微型计算机，本发明的目的是测量边坡试验内部岩石不用方向的应力和运动状态，提高边坡试验的效率和准确性。

技术领域

本发明设计露天矿边坡稳定性研究技术领域，提出了一种边坡模型试验的球形运动及应力监测仪器。

技术背景

随着露天矿开采技术的发展与成熟，露天矿矿坑深度逐渐加大。露天开采时边坡高度与坡角的增加，虽然可以减少开采时的成本，但是也要承担边坡体失稳与滑塌的风险。边坡稳定性监测可以减小边坡失稳与滑塌的风险，提高边坡的安全性，保证露天开采安全高效的进行。

露天开采中监测散体边坡的数据是一项耗费大量时间成本的事情，在实验室中，可以采用相似模拟试验来近似等价实际散体边坡的滑坡情况。在进行边坡模型试验的过程中，边坡模型内部的应力状态与岩石姿态是监测的重点，也是监测的难点。现有的设备可以实现对边坡内一点处应力进行监测，但是存在以下缺点：(1)只能对边坡内固定一点进行监测，无法在初始点产生位移时进行同步位移；(2)只能进行单一方向应力监测，无法实现对不同方向的应力进行监测；(3)无法同时记录当前一点处岩石的姿态，并且无法根据姿态进行反向推导应力方向。因此基于本专利提出了一种边坡模型试验的球形运动及应力监测仪器，对原有的边坡应力测量装置进行改进和升华。

发明内容

本发明的目的在于克服现有应力测量装置只能测量单向应力状态，并且效率低，精度差等缺点，提供一种可以测量多角度，全方位应力状态，并且可以随动测量岩石姿态的边坡模型应力测量装置。本装置具有测量精度高，测量效率高的优点可以大大降低劳动强度，提高工作效率。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种边坡模型试验的球形运动及应力监测仪器，包括应变片与应变记录仪，姿态传感器与微型计算机，导线管，弹性应变壳，应变片粘贴于弹性应变壳正中央，通过弹性应变壳的变形间接反应应力的大小，姿态传感器镶嵌于导线管的矩形凹槽内部，通过导线管的姿态反应目前姿态传感器的姿态。所述导线管由pvc管制成，两端有可以固定弹性应变壳的插槽，在其一端处开长方形缺口，应变片与姿态传感器的导线通过长方形缺口进入导线管之内，从导线管一端出，分别与应变记录仪与微型计算机连接，进行数据记录与存储。

所述弹性应变壳是由pvc塑料制成，形状是四分之一椭球，上下有矩形插槽，用于将弹性应变壳铰接固定于导线管上，通过记录弹性应变壳的应变数值来记录边坡内部的应力数值，可以进行拆卸与更换，导线管上安装有四片弹性应变壳，所有的弹性应变壳均贴有应变片，当某一片弹性应变壳发生损坏的时候，可以进行拆卸更换。

所述应变片采用电阻应变片，应变片的电阻值随着弹性应变壳变形而产生变化，通过电阻值与应变片形变的关系推断出当前的应变值，默认应变片与弹性应变壳的长轴方向平行，通过胶水粘贴在应变球壳上，如果需要测得不同方向上的应力，需要将应变片沿相应方向粘贴于应变片上即可，常见的可以沿径向粘贴与沿环向粘贴。

所述姿态传感器为陀螺仪姿态传感器，采用角动量守恒的理论来测量当前的姿态。姿态传感器通过胶水粘贴于导线管的矩形槽内，可以进行拆卸与更换，用来记录边坡体模型内部发生滑移或偏转的状态，并将位移或旋转的姿态信息通过姿态传感器传出到微型计算机。

所述应变记录仪为电阻式应变记录仪，其导线通过装置的导线管与装置内部的应变片进行连接，当装置内部的应变片发生弹性形变时，应变片的数据传出到应变记录仪，再由应变记录仪导出到微型计算机进行数据处理与分析。