[发明专利]模型试验应力测试块体及其制备和使用方法

说明书

本发明提供一种模型试验应力测试块体及其制备和使用方法。所述模型试验应力测试块体包括坯体、防潮涂层、应变片和沙粒层；所述坯体是采用相似材料制成的块体，在块体上贴有应变片；所述防潮涂层附着在所述块体外表面、所述块体和所述应变片之间、以及所述应变片外表面；在所述防潮涂层的外表面附着所述沙粒层。本发明所研制的应力测试块体选用与模型材料相同的相似材料，因此两者之间力学性能匹配，能够精准反映测点处的应力变化；应力测试块体的封装采用自主研制的苯—烯复合型防潮液，防潮涂层密封性好；采用性价比高的箔式应变片，测试精度高。本发明在防潮和零漂测试中均表现出良好的性能，满足模型试验应力测试的需求。

技术领域

本发明属于相似材料模型试验测试技术领域，具体涉及一种应力检测元件及其制备和使用方法。

背景技术

相似材料模型试验是开展矿山采动压力研究的重要试验方法。在制模阶段，采用不同的相似材料配比方案模拟相应的煤系地层，逐层铺设模型。模拟开挖过程中，实时监测模型体的位移、应力(应变)及支护体工况等测试指标，据此研究岩层运移破断及采动应力演化特征。近年来，随着三维激光扫描、近景摄影测量、数字散斑等先进测试技术逐渐应用于模型试验，模型表面变形及位移等指标的测试精度、测试效率得到显著提高。但模型试验发展至今，模型体应力监测技术发展相对滞后，已成为制约模型试验精细化发展的短板。

根据应力测试装置的不同，模型体应力测试方法主要分为压力盒、应力测试块体等测试方法。上述传感器外部多采用金属或橡胶材料封装。由于封装材料的弹性模量等变形指标与模型材料有显著差异，变形传递的耦合度差，降低了测试数据的准确度；并且传感器只能进行单方向的应力测量。近年来随着光纤光栅测试技术的发展，应力测试块体外贴光纤光栅的方法逐渐应用于模型试验中，但该方法涉及调试解调、信号转换、传输等环节，对测试人员的专业性要求很高，特别是模型尺寸较大时，由于测点数量很多，导致测试成本大幅提高，该方法在模型试验中难以广泛普及。

发明内容

针对本领域存在的问题，本发明的目的是提出一种模型试验应力测试块体。本研究团队基于多年的模型测试经验，在借鉴传统应力测试方法的基础上，研制了基于相似材料母体的应力测试块，并进行了成套制作工艺的优化改进。该应力测试块体制作过程包括应力测试块体的坯体制作、贴片引线、防潮封装等工艺。测试结果表明，块体与模型材料力学性能匹配、变形协调性好；应力测试块体具有良好的防潮绝缘性能和长时间低零漂值，长时测试性能稳定；监测数据能够反映模型内部应力的演化过程。

本发明的另一目的是提供所述模型试验应力测试块体的制备方法。

本发明的又一目的是提出所述模型试验应力测试块体的使用方法。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种模型试验应力测试块体，包括坯体、防潮涂层、应变片和沙粒层；

所述坯体是采用与模型材料相同的相似材料制成的块体，在块体外表面贴有应变片；所述防潮涂层附着在所述块体外表面、所述块体和所述应变片之间、以及所述应变片外表面；

在所述防潮涂层的外表面附着所述沙粒层。

优选地，所述应变片通过α氰基丙烯酸乙酯胶黏剂粘结于所述防潮涂层之上。所述α氰基丙烯酸乙酯胶黏剂可以是市售的495胶水、或由本领域已知方式制得。

所述块体为长方体或者正方体，所述应变片有1～3片，位于块体的一个面上，所述应变片的长边与其所在面的一条边的夹角为0度、90度或45度(应变片通常为长方形)。

更优选地，所述外接导线为的外套材料为聚四氟乙烯(Teflon)材料。导线最小标称截面为0.05mm2。

一种模型试验应力测试块体的制备方法，包括以下步骤：

1)用相似材料压制成为坯体；