高靈敏度鉆孔變形計的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種高靈敏度鉆孔變形計，主要應用于高應力地區(qū)的地應力測量，屬于巖土工程【技術(shù)領域】。本實用新型的高靈敏度鉆孔變形計改變現(xiàn)有傳感器的結(jié)構(gòu)形式，采用鋼片代替36-2型鉆孔變形計中的鋼環(huán)式傳感器。利用杠桿平衡原理，在鋼片靠近觸頭的一端添加一個支點，將鋼片的后端活動嵌入一個支架中約束其上下變形。電阻片貼置位置的鋼片厚度小于整個鋼片厚度。在套孔解除過程中，當觸頭發(fā)生位移時，通過支點將變形傳到鋼片嵌入端，由于嵌入端的約束，鋼片將產(chǎn)生變形，使得觸頭的位移成倍地放大到電阻片貼置位置。本實用新型設計合理，結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，穩(wěn)定性好，適用于高應力下套孔應力解除法的地應力測量。
【專利說明】高靈敏度鉆孔變形計
【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型涉及一種高靈敏度鉆孔變形計，主要應用于高應力地區(qū)的地應力測量，屬于巖土工程【技術(shù)領域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著礦山開采深度增加和條件趨于復雜，以及越來越多的水利水電、交通、國防和基礎物理實驗等工程在深部和我國強烈構(gòu)造活動區(qū)興建，高強度巖爆、持續(xù)大變形和大體積塌方等深部工程災害造成的人員傷亡、停工停產(chǎn)等工程事故居高不下，造成的經(jīng)濟損失觸目驚心。初始高應力是形成上述災害以及影響不同類型災害形成機制的最直接的控制因素。因此，準確測量出深埋高地應力條件下工程區(qū)的初始地應力是進行高強度巖爆、持續(xù)大變形和大體積塌方等深部工程災害風險合理評估、準確預測以及可靠防控的前提和關(guān)鍵，這已成為近年來深部工程研究領域的一個熱點和重要發(fā)展方向。
[0003]目前工程上應用最廣泛的應力測量方法是水壓致裂法和套孔應力解除法。由于水壓致裂法存在必須事先假定地應力張量的一個主方向與鉆孔軸向一致的局限，因此，套孔應力解除法因其可靠性和穩(wěn)定性被認為是獲得空間三維應力的理想測試方法。套孔解除法中變形法和應變計法應用廣泛，主要有以下幾種方法:
[0004](I)巖土力學(1983年，第4卷第I期)36_2型鉆孔變形計的組裝工藝和現(xiàn)場應用；
[0005](2)巖土力學(1987年，第8卷第3期)空心包體式孔壁應變計。
[0006]應變計法精度和可靠性不高，操作麻煩；變形法操作相對便利，精度和可靠性較高。工程中套孔解除法使用最多的是36-2型鉆孔變形計，但目前36-2型鉆孔變形計采用的傳感器為鋼環(huán)式傳感器，與傳感器解觸的觸頭不在同一個平面上。套孔應力解除過程中將應力釋放產(chǎn)生的鉆孔變形轉(zhuǎn)化為鋼環(huán)的變形，由于鋼環(huán)厚度制約鋼環(huán)變形微小，致使傳感器靈敏度受限，無法進一步提高，無法滿足高應力區(qū)地應力測量的靈敏度的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對上述存在問題，本實用新型的目的在于提供一種可滿足孔徑變形微小的情況下地應力測量的鉆孔變形計。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)解決方案為:
[0008]高靈敏度鉆孔變形計，包括外殼、傳感器、錐形卡緊器、觸頭及電纜，所述傳感器由八個貼有電阻片的鋼片構(gòu)成，鋼片兩個為一組，對稱布置，相鄰組鋼片之間的夾角為45°，鉸接裝置一端固定在外殼的內(nèi)壁上，另一端固定在鋼片的平面上，觸頭位于鉸接裝置的前方，八個觸頭在同一平面上，觸頭分別活動貫通外殼與鋼片前端平面活動接觸，支架設置在外殼內(nèi)，八個鋼片的后端分別活動嵌入在支架內(nèi)，連接電阻片的電纜經(jīng)接線板由電纜壓緊圈和錐形卡緊器內(nèi)引出。鋼片的嵌入端平面的中心線與外殼內(nèi)壁的距離小于鉸接處鋼片與外殼內(nèi)壁的距離。電阻片貼置位置的鋼片厚度小于整個鋼片厚度。
[0009]本實用新型的高靈敏度鉆孔變形計改變現(xiàn)有傳感器的結(jié)構(gòu)形式，采用鋼片代替36-2型鉆孔變形計中的鋼環(huán)式傳感器。利用杠桿平衡原理，在鋼片靠近觸頭的一端添加一個支點，將鋼片的后端活動嵌入一個支架中約束其上下變形。將電阻片貼在鋼片嵌入端的前方，貼電阻片的截面厚度小于鋼片厚度，形成變剛度片，將變形集中在電阻片貼置位置，以提高傳感器的靈敏度。在套孔解除過程中，當觸頭發(fā)生位移時，通過支點將變形傳到鋼片嵌入端，由于嵌入端的約束，鋼片將產(chǎn)生變形，使得觸頭的位移成倍地放大到電阻片貼置位置。另外鋼片的嵌入端平面的中心線與外殼內(nèi)壁的距離小于鉸接處鋼片與外殼內(nèi)壁的距離，當鉆孔變形計裝入測試孔產(chǎn)生預壓縮時，鋼片產(chǎn)生足夠的變形，以測得套孔解除過程中應力釋放產(chǎn)生鉆孔直徑增大的情況下的鉆孔變形。
[0010]本實用新型設計合理，結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，穩(wěn)定性好，適用于高應力下套孔應力解除法的地應力測量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型鉆孔變形計結(jié)構(gòu)示意圖
[0012]圖2為本實用新型鋼片傳感器安裝示意圖
[0013]圖3為本實用新型鉆孔變形計觸頭位置分布圖
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型的高靈敏度鉆孔變形計作進一步詳細說明。
[0015]見附圖
[0016]高靈敏度鉆孔變形計，變形計由外殼2、傳感器、錐形卡緊器8、觸頭3、電纜9、支架
5、鉸接裝置4、電纜壓緊圈7及接線板6組成，所述傳感器由八個貼有電阻片10的鋼片I構(gòu)成，鋼片I兩個為一組，沿著外殼2的內(nèi)壁對稱布置，設置在外殼2內(nèi)部，相鄰組鋼片I之間的夾角為45°，鉸接裝置4 一端固定在外殼2的內(nèi)壁上，另一端固定在鋼片I的平面上，觸頭3位于鉸接裝置4的前方，鉸接裝置4至觸頭3的距離小于鉸接裝置4至支架5的距離。八個觸頭3在同一平面上，觸頭3分別活動貫通外殼2與鋼片I前端平面活動接觸，支架5設置在外殼I內(nèi)，八個鋼片I的后端分別活動嵌入在支架5內(nèi)，連接電阻片10的電纜9經(jīng)接線板6由電纜壓緊圈7和錐形卡緊器8內(nèi)引出。鋼片I的嵌入端平面的中心線與外殼2內(nèi)壁的距離小于鉸接處鋼片I與外殼2內(nèi)壁的距離。電阻片10貼置位置的鋼片I厚度小于整個鋼片I厚度，形成變剛度片，以集中鋼片I的變形在電阻片10貼置位置。
[0017]本實用新型位移的傳遞過程為:當套孔解除過程中鉆孔產(chǎn)生變形時，促使鉆孔變形計的觸頭3發(fā)生位移，帶動鋼片I的前端發(fā)生同步的位移，使得由鉸接裝置4與鋼片I組成的杠桿由于杠桿平衡原理在鋼片I的后端產(chǎn)生一個放大的位移，此時由于活動嵌入的約束關(guān)系阻止位移的發(fā)生，鋼片I將發(fā)生變形，變形集中在鋼片I的變剛度處。由此鉆孔的變形集中在電阻片10貼置位置反映出來，再通過此處的電阻片10將變形轉(zhuǎn)換為電信號。
【權(quán)利要求】
1.高靈敏度鉆孔變形計，包括外殼(2)、傳感器、錐形卡緊器(8)、觸頭(3)及電纜(9)，其特征在于:所述傳感器由八個貼有電阻片(10)的鋼片(I)構(gòu)成，鋼片(I)兩個為一組，對稱布置，相鄰組鋼片之間的夾角為45°，鉸接裝置(4) 一端固定在外殼(2)的內(nèi)壁上，另一端固定在鋼片(I)的平面上，觸頭(3)位于鉸接裝置(4)的前方，八個觸頭(3)在同一平面上，觸頭(3)分別活動貫通外殼(2)與鋼片(I)前端平面活動接觸，支架(5)設置在外殼(2)內(nèi)，八個鋼片(I)的后端分別活動嵌入在支架(5)內(nèi)，連接電阻片(10)的電纜(9)經(jīng)接線板(6)由電纜壓緊圈(7)和錐形卡緊器(8)內(nèi)引出。
2.如權(quán)利要求1所述的高靈敏度鉆孔變形計，其特征在于:鋼片的嵌入端平面的中心線與外殼(2)內(nèi)壁的距離小于鉸接處鋼片(I)與外殼(2)內(nèi)壁的距離。
3.如權(quán)利要求1所述的高靈敏度鉆孔變形計，其特征在于:電阻片貼置位置的鋼片(I)厚度小于整個鋼片(I)厚度。
【文檔編號】G01L1/22GK203719798SQ201320758510
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】周輝, 付亞平, 張傳慶, 盧景景, 楊凡杰, 劉繼光 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所