[发明专利]采用传感柱的软岩多测点地应力测试方法

摘要

本发明公开了一种采用传感柱的适用于深部软岩多测点的地应力测试方法。本发明使用一个传感柱固定一对三向压力传感器的相对位置，一个测点对应一个传感柱。在推送过程中不会出现这两个三向压力传感器之间的相对位移，由于应力传感柱的直径只是略小于钻孔，只要少量的注浆就可以使软岩体的应力传递到传感器上。本方法的每个传感器的深度位置和旋转角度可以准确获得，通过钻孔分段力学模型数值计算得到测试点地应力值，进一步反演得到区域地应力场。该方法可以监测围岩内部多测点的应力演化过程，有利于煤矿等深部软岩地应力和围岩稳定性研究。

主权项

一种采用传感柱的软岩多测点地应力测试方法，包括以下步骤：（1）在软岩巷道围岩体内钻孔，钻孔包含多个测点；（2）根据测点数量，制作相同数量的应力传感柱，所述传感柱为含有一对立方体形状三向压力盒的混凝土圆柱体，两个三向压力盒任意两个工作面法线不重合，相邻地放置在圆柱状混凝土中，且立方体中心均在圆柱状混凝土中轴线上；传感柱底面中心处设置一凹槽，内装有连接横杆；应力传感柱侧面有平行轴线的凹槽为线孔，用于放置三向压力盒的数据线；准备推杆，推杆由多节短杆通过螺纹连接形成，靠近应力传感柱的短杆前端有与连接横杆嵌套连接的连接卡槽，并且该短杆上装有测量旋转角度的测角装置；（3）将一个应力传感柱放入钻孔，推杆前端的连接卡槽与应力传感柱的连接横杆嵌套，在孔口处记录推杆初始角度；然后按照设计深度推送至测试点处，数据线引出孔口外；记录传感柱在孔内深度位置；（4）插入注浆管在应力传感柱与钻孔壁之间进行注浆，或者采用挤压机构在应力传感柱与钻孔壁之间填充粘结剂，使得应力传感柱与钻孔壁相连接，然后记录传感柱推杆旋转角度，并退出推杆和注浆杆；（5）重复步骤（3）～（4），在其余每个测点安装传感柱，并记录每个传感柱在孔内的深度位置和旋转角度；（6）计算每个传感柱中三向压力盒的角度和位置，获取每个三向压力盒在局部坐标系下的坐标与方位；（7）围岩流变恢复后，基于三向压力盒的读数，按照专利201210096644.6方法，求得每个传感柱内应力分量σ″x、σ″y、σ″z、τ″xy、τ″yz、τ″zx；（8）基于每个三向压力盒在局部坐标系下的坐标与方位，和分段钻孔力学模型，根据传感柱内应力分量σ″x、σ″y、σ″z、τ″xy、τ″yz、τ″zx，传感柱尺寸、材料杨氏模量E和泊松比υ，以及三向压力盒的几何、材料参数，利用有限元数值模拟，以迭代收敛方式求取钻孔次生应力σ′x、σ′y、σ′z、τ′xy、τ′yz、τ′zx；（9）根据多个测点计算得到的钻孔后形成之次生应力σ′x、σ′y、σ′z、τ′xy、τ′yz、τ′zx，反演未开挖巷道前的原岩应力场σx、σy、σz、τxy、τyz、τzx。