[其他]围岩特性曲线的实测探头

说明书

本发明提供了一种软岩岩体的围岩特性曲线的实测探头。将探头埋设在软岩巷道的钻孔里，探头所感应的围岩变形进行数据处理便可得某一时间的围岩特性曲线（簇）。上述的探头由三节或三节以上同径刚度各异的圆筒体作为壳体，每一节筒体内设置位移传感器。按照本发明所作出的围岩特性曲线比理论推导更为实际，可直接用来指导巷道支护设计。本发明可泛用于冻土或软岩的围岩特性曲线测试领域。

本发明属于软岩岩体物理性质的测试技术领域。本发明提供一种在采矿、土建等工程中对软岩巷道实际测定围岩特性曲线的专用的探头。

围岩特性曲线是巷道周边径向位移U与支护反力P之间的关系曲线，亦称P-U曲线。对于软岩而言，由于其流变性、时间的推移，这条曲线不断上升。因此，对应于不同的时间就有一系列的围岩特性曲线，即P-U曲线簇。P-U曲线（簇）具有相当广泛的使用价值，尤其是在指导巷道支护设计方面更为人们所重视。但是，直到目前为止P-U曲线的实际使用还是极少。原因在于P-U曲线主要来自于理论推导，而理论推导的P-U曲线表达式涉及软岩参数比较多，实际上无法定量使用，而且与实际的误差较大。

美国专利US-3635076提出了一种应变传感装置，该装置设置于钻孔底部，并在装置的壳壁与钻孔的被测壁之间填塞膨胀水泥，通过此填塞层将被测壁的变形传递给壳壁，而壳壁的变形由壳壁内充满的液体传递给传感器。这种装置在一个钻孔内只能测定某一时刻的一个径向位移数据，因而只能计算与钻孔垂直平面上的周围应力变化值，不能做出反映巷道围岩位移与支护反力间的关系曲线。

“地应力测量”（地震出版社1985年3月出版）一书第37～38页，提示了一种用于测量轴向位移及径向位移的组合探头。该探头通过触点锚固于孔壁的方式测量轴向变形，而孔壁的径向位移通过贴有应变片的传感器来测定。这种探头在一个钻孔内虽然能同时测定出某一时刻孔壁的轴向位移和径向位移，然而所测出的数据只能用以计算钻孔周围的空间应力状态，而且它是与探头外壳刚度（支护力）无关的钻孔周围应力。因此，用该探头无法测出围岩特性曲线所需的三组或三组以上不同的P、U数据。

基于上述的情况，本发明的目的在于提供一种能实际测定出围岩特性曲线的方法以及该测定方法所专用的探头，以便使测出的P-U曲线更符合实际。

为了实现上述的目的本发明所提供的围岩特性曲线的实测方法，按以下步骤实现。将探头设置在软岩巷道的钻孔里，探头外壁与钻孔内壁紧密接触;探头中由位移传感器所引出的电缆接通到静态电阻应变仪上。测定围岩特性曲线所专用的探头含由壳体及位移传感器组成，其特征在于壳体为由外直径相同而刚度各异的三节或三节以上筒体组成，而且每一节筒体内设置位移传感器。

本发明所涉及的围岩是指软岩，软岩具有粘弹塑性质。从岩石力学方面的理论推导可知，软岩的围岩特性曲线取决于岩体性态与巷道断面及其大小。如果一条P-U曲线受限于巷道断面及其大小，则该曲线没有普遍性的意义。因此，应消除人为因素对P-U曲线的影响。首先，断面形状影响的消除。由于软岩具有显著的流变性质，经过漫长时间的流变，软岩处于静水压力状态或近似静水压力状态。显然对于静水压力状态下的软岩而言，其最合理的支护断面形状为圆形。所以，围岩特性曲线的测定采用钻孔（当然是圆形断面）方式，仅就断面形状而言与圆形巷道一致，因而可消除断面形状对P-U曲线的影响。

其次，断面尺寸大小影响的消除。纵观各种流变模型的理论推导，从软岩P-U曲线的表达式中可知，径向位移U与支护层半径r成线性关系，即U＝r·f（P）。对该式的U进行无量纲化处理，即U^＊＝f（P）。由此而作出的P-U^＊曲线，才具有可比性和普遍意义。当欲求相同条件下而半径为已知的巷道周边径向位移时，只需将U^＊乘以该巷道半径r即可。在这里应当指出，岩体被看成是各向同性的连续均质体;而且因软岩的结构面比较复杂，从宏观上、从统计观点上看认为分布均匀。