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专利名称：围岩应力与位移集成采集装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种采集装置及方法，尤其是一种适用于地下工程监测的围岩应力与位移集成采集装置及方法。
背景技术：
为保证地下空间工程的安全稳定性，同时为工程的优化设计提供可靠依据，必须进行工程围岩应力与位移的现场监测。目前，现场围岩应力与位移的监测一般采用钻孔应力计(振弦式或油压式)和多点位移计分别监测围岩应力和位移，存在以下几方面的不足
(I)钻孔工作量大由于应力监测与位移监测相互独立，而且一个钻孔仅能监测一个点的应力，为监测围岩不同深度的应力和位移需要钻凿多个测试孔。(2)钻孔间相互干扰为对照分析围岩某处的应力与位移演化规律，需要在待测位置近距离地钻凿多个应力测孔和位移测孔，钻孔间存在相互干扰，使得测试结果失真。(3)钻孔应力计仅能测单向应力现有的钻孔应力计，不管是振弦式还是油压式，一个应力计仅能粗略地监测某点一个方向的应力，无法测试该点的三维应力。(4)可靠性差钻孔应力计与围岩接触不充分，传力不可靠，导致测试结果不准确；多点位移计的基点一般采用机械式固定，容易出现松脱滑动现象，导致测试结果错误；由于无法获得同一位置的应力和位移，测试数据用于对照分析的可信度较差。

发明内容
技术问题本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种结构简单、操作方便、省时省力、测量准确高的围岩应力与位移集成采集装置及方法。技术方案本发明的围岩应力与位移集成采集装置，包括与待测围岩弹性模量相近的多个球体，多个球体之间设有套管，经套管螺纹连接为一体，各球体的中部分别钻有与套管相连通的螺纹孔，各球体的内分别粘贴有六个不同方向的光纤布拉格光栅，每个球体与其内部沿六个方向粘贴的光纤布拉格光栅共同组成一个三维应力测试单兀，每个球体上均固定有一根穿出套管与显不器相连的钢丝，各球体内的光纤布拉格光栅上均连接有一根穿出套管与光栅解调仪相连接的光缆。所述的多个球体为2 10个；所述套管的长度根据测试基点的间距确定。利用上述装置实现围岩应力与位移集成采集的方法
a、根据围岩测试深度及测点数量制作相应数量的三维应力测试单元和套管；
b、首先将球体与钢丝连接，然后将光缆和钢丝穿过套管并将套管与球体螺纹连接为一体，使各个球体中对应光栅的布设方向一致；
C、将组装好的三维应力测试单元和套管放入测试的围岩钻孔内，灌浆固定，把外露钢丝和光缆分别与位移显示器和光栅解调仪连接；
d、记录应力测试单元中X、y、z方向光栅的指向、位移显示器和光栅解调仪的初始读数，将光栅解调仪的初始读数代入公式(I)、(2)、(3)并辅以公式(4)求得测点的初始应力大小和方向；
e、以后每次进行数据采集时，将测得的位移计读数减去其初始读数即可获得该测点的位移值；将光栅解调仪的读数代入公式(I)、(2)、(3)并辅以公式(4)即可求得测点在该时刻的应力大小和方向；
所述的公式(I)、(2)、(3)、(4)分别如下
权利要求
1.一种围岩应カ与位移集成采集装置，其特征在于它包括与待测围岩弹性模量相近的多个球体(I )，多个球体(I)之间设有套管(2)，经套管(2)螺纹连接为一体，各球体(I)的中部分别钻有与套管(2)相连通的螺纹孔(6)，各球体(I)的内分别粘贴有六个不同方向的光纤布拉格光栅(5),姆个球体(I)与其内部沿六个方向粘贴的光纤布拉格光栅(5)共同组成ー个三维应カ测试单元，每个球体(I)上均固定有一根穿出套管(2)与显示器相连的钢丝(3 )，各球体(I)内的光纤布拉格光栅(5 )上均连接有一根穿出套管(2 )与光栅解调仪相连接的光缆(4)。
2.根据权利要求I所述的围岩应カ与位移集成采集装置，其特征在于所述的多个球体(I)为2 10个。
3.根据权利要求I所述的围岩应カ与位移集成采集装置，其特征在于所述多个球体(1)之间的套管(2)的长度根据测试基点的间距确定。
4.一种如权利要求1、2或3所述装置的围岩应力与位移集成采集方法 a、根据围岩测试深度及测点数量制作相应数量的三维应カ测试单元和套管(2); b、首先将球体(I)与钢丝(3)连接，然后将光缆(4)和钢丝(3)穿过套管(2)并将套管(2)与球体(I)螺纹连接为一体,使各个球体(I)中对应光栅的布设方向一致； C、将组装好的三维应カ测试单元和套管(2)放入测试的围岩钻孔内，灌浆固定，把外露钢丝和光缆分别与位移显示器和光栅解调仪连接； d、记录应力测试单元中X、y、z方向光栅的指向、位移显示器和光栅解调仪的初始读数，将光栅解调仪的初始读数代入公式(I)、(2)、(3)并辅以公式(4)求得测点的初始应カ大小和方向； e、以后每次进行数据采集时，将测得的位移计读数减去其初始读数即可获得该测点的位移值；将光栅解调仪的读数代入公式(I)、(2)、(3)并辅以公式(4)即可求得测点在该时刻的应カ大小和方向； 所述的公式(I)、(2)、(3)、(4)分别如下
全文摘要
一种围岩应力与位移集成采集装置，包括球体、套管、钢丝和光缆，沿球体的一条直径钻有螺纹孔，球体内部沿六个不同方向分别粘贴有一个光纤布拉格光栅，钢丝一端固定在球体上，光缆一端与球体内的光纤布拉格光栅相连接。通过测量某点六个方向的应变可计算出该点的三维应力；能在一个钻孔中同时测量应力和位移，既便于对比分析，又可避免多个近距离钻孔之间的相互干扰，保证了测试结果的准确性，同时减小了钻孔工作量；光纤光栅不受电磁、湿度及腐蚀环境的影响，而且球体与围岩及孔内灌注的浆体之间接触充分，保证了应力测试结果的准确性与可靠性；由于球体通过灌注浆液的方式固定在围岩孔内，不会产生松脱现象，避免了错误的位移测试结果。
文档编号G01B11/02GK102818665SQ20121030965
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月28日 优先权日2012年8月28日
发明者许国安, 靖洪文, 陈坤福 申请人:中国矿业大学