[发明专利]一种适用于深部破碎岩体的三维应变测量装置及方法

权利要求书

1.一种适用于深部破碎岩体的三维应变测量装置，包括光纤传感单元，其特征在于，光纤传感单元包括光纤圆柱体(1-1)，光纤圆柱体(1-1)一端端面开设有圆柱形的传感器放置孔(1-1-4)，光纤圆柱体(1-1)另一端设置有连接螺纹，传感器放置孔(1-1-4)从外至内依次设置有第一固定块(1-3-3)和第二固定块(1-3-4)，第一固定块(1-3-3)和第二固定块(1-3-4)相对的侧面上分别设置有第一圆弧槽(1-3-1)和第二圆弧槽(1-3-2)，第一圆弧槽(1-3-1)和第二圆弧槽(1-3-2)之间设置有环形的光纤应变计(1-5)，光纤应变计(1-5)两对侧分别与光纤(1-6)连接，压头(1-2)伸入到传感器放置孔(1-1-4)中与第一固定块(1-3-3)相抵，

所述的压头(1-2)包括传力柱(1-2-1)和外部接触柱(1-2-2)，传力柱(1-2-1)一端与外部接触柱(1-2-2)连接，传力柱(1-2-1)另一端伸入到传感器放置孔(1-1-4)中与第一固定块(1-3-3)相抵，

所述的传力柱(1-2-1)与第一固定块(1-3-3)相抵的一端的外周设置有压头卡环(1-2-3)，传感器放置孔(1-1-4)的内壁上开设有密封环槽(1-1-5)、第一环槽(1-1-6)和第二环槽(1-1-7)，第一固定块(1-3-3)外周设置有第一卡环(1-3-5)，压头卡环(1-2-3)的外侧环面上设置有密封圆环(1-8)，密封圆环(1-8)、压头卡环(1-2-3)和第一卡环(1-3-5)均卡设在第一环槽(1-1-6)内，第二固定块(1-3-4)外周设置有第二卡环(1-3-6)，第二卡环(1-3-6)设置在第二环槽(1-1-7)内，密封套环(1-9)内环套设在传力柱(1-2-1)上，密封套环(1-9)外环卡设在密封环槽(1-1-5)内，

所述的第一圆弧槽(1-3-1)与环形的光纤应变计(1-5)之间设置有第一圆弧垫片(1-4-1)，第二圆弧槽(1-3-2)与环形的光纤应变计(1-5)之间设置有第二圆弧垫片(1-4-2)，所述的第二圆弧槽(1-3-2)设置有温度传感器(1-7)，

还包括圆柱状的光纤连接件(2-1)，光纤连接件(2-1)的外周均匀设置有三个光纤传感单元，各个光纤传感单元的轴线与光纤连接件(2-1)的轴线呈设定角度，

所述的光纤连接件(2-1)的两端均通过连接杆(5-1)与定位器连接，定位器包括定位连接块(4-1)和均匀设置在定位连接块(4-1)外周的弹性滚轮部，

所述的弹性滚轮部包括螺纹杆(3-7)、第一弹簧底盘(3-1)、弹簧(3-2)、第二弹簧底盘(3-3)、第一滚轮定位片(3-4-1)、第二滚轮定位片(3-4-2)、横杆(3-5)和滚轮(3-6)，

螺纹杆(3-7)一端与定位连接块(4-1)外周的螺纹孔连接，另一端与第一弹簧底盘(3-1)一侧连接，弹簧(3-2)两端分别与第一弹簧底盘(3-1)另一侧和第二弹簧底盘(3-3)一侧连接，第一滚轮定位片(3-4-1)和第二滚轮定位片(3-4-2)均设置在第二弹簧底盘(3-3)另一侧，横杆(3-5)两端分别与第一滚轮定位片(3-4-1)和第二滚轮定位片(3-4-2)连接，滚轮(3-6)套设在横杆(3-5)上。

2.根据权利要求1所述的一种适用于深部破碎岩体的三维应变测量装置，其特征在于，所述的连接杆(5-1)为多根，连接杆(5-1)两端设置有螺纹，相邻的连接杆(5-1)之间通过螺纹套筒(5-2)连接，连接杆(5-1)与设置在定位连接块(4-1)上的定位连接块接口(4-2)连接。

3.一种适用于深部破碎岩体的三维应变测量方法，利用权利要求2所述的一种适用于深部破碎岩体的三维应变测量装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、光纤传感单元组装；

步骤2、光纤传感单元与光纤连接件(2-1)安装；

步骤3、弹性滚轮部组装；

步骤4、弹性滚轮部与定位连接块(4-1)安装；

步骤5、光纤连接件(2-1)、定位连接块(4-1)、连接杆(5-1)进行组装；

步骤6、根据现场钻孔直径大小，调节螺纹杆(3-7)拧入定位连接块(4-1)外周的螺纹孔的深度，使得定位连接块(4-1)的中心线与钻孔中心线一致；然后通过滚轮(3-6)在钻孔内导向定位，确定实际埋设深度，并将光纤应变计(1-5)的引线固定，再用水泥浆将钻孔回灌封堵，最后测量和记录光纤应变计(1-5)的应变原始数据；

步骤7、任取其中一个光纤传感单元的中心轴线为x1方向；光纤连接件2-1的中心轴线方向为x2方向，以x1-x2所在平面垂线方向为x3方向，建立笛卡尔坐标系x1-x2-x3，对应变原始数据进行坐标变换获得笛卡尔坐标下三维应变数据，计算主应变和主应变大小和方向。