[发明专利]压电型钻孔应力传感器及其边坡应力监测方法

权利要求书

1.一种压电型钻孔应力传感器，包括：纵向薄壁开口金属筒、传感器、信号传输线和灌注砂浆；传感器粘贴在纵向薄壁开口金属筒的外侧，信号传输线布置在纵向薄壁开口金属筒内侧；每个传感器连接一根信号传输线；将已经装配传感器和信号传输线的纵向薄壁开口金属筒安置在预先钻好的孔洞中，并在纵向薄壁开口金属筒内灌注砂浆形成预制结构；其特征在于：纵向薄壁开口金属筒采用厚度≤2mm的铝板加工而成，其长度为0.5至2.5m，直径为3至8cm；传感器为聚偏氟乙烯高分子材料压电膜pvdf。

2.根据权利要求1所述压电型钻孔应力传感器，其特征在于：聚偏氟乙烯高分子材料压电膜pvdf的长、宽分别为0.8至1.2cm，厚度为400至450μm；聚偏氟乙烯高分子材料压电膜pvdf频带响应范围为0至700Hz，热电耦合系数为40c/cm².K，承受有效压应力≤900Mpa，适用温度范围为-40℃至80℃。

3.根据权利要求1所述压电型钻孔应力传感器，其特征在于：聚偏氟乙烯高分子材料压电膜pvdf在传感器金属筒外侧的安装方式为沿传感器金属筒外圆周均匀分布并在轴向分为n排，每排3只聚偏氟乙烯高分子材料压电膜pvdf，第一排离传感器金属筒端头的距离为a，排与排之间的间距为b；其中，当压电型钻孔应力传感器的长度为1m、直径为6cm时，n为8排，a为11cm，b为10cm；当压电型钻孔应力传感器的长度为2m、直径为6cm时，n为17排，a为11.5cm，b为10cm。

4.一种边坡应力监测方法，其特征在于，该监测方法包括以下步骤：

⑴ 选择危岩体或滑坡体中下部1/3高度范围作为监测区，并采用梅花桩方式布设如权利要求1所述压电型钻孔应力传感器，其布设间距为2.0至2.5m，布设数量为3至5个；所述梅花桩方式为前后排错位排列，后排的压电型钻孔应力传感器正好位于前排的两个压电型钻孔应力传感器之间的正中位置；

⑵ 根据压电型钻孔应力传感器安置方式在布设压电型钻孔应力传感器位置钻孔，其孔径略大于压电型钻孔应力传感器的传感器金属筒外径；其中，压电型钻孔应力传感器安置方式分为：

A方式：传感器轴向与可能的破坏面倾向相反；

B方式：传感器轴向与可能的破坏面倾向相同；

⑶ 钻孔清孔后，放入预制的本发明压电型钻孔应力传感器空心构件，应力传输线有效连接到危岩体或滑坡体边缘安全部位；在压电型钻孔应力传感器空心构件内灌注砂浆，振捣密实；

⑷ 压电型钻孔应力传感器内砂浆完全凝固后，即可实施压剪破坏型危岩或岩质滑坡破坏敏感区内的三维应力观测，实时采集每个传感器上每个聚偏氟乙烯高分子材料压电膜pvdf测试所得的应力                                               ，i = 1,2,3,…,3n；n为聚偏氟乙烯高分子材料压电膜pvdf在传感器金属筒的轴向排数；

⑸ 根据下式提取各个压电型钻孔应力传感器上所有聚偏氟乙烯高分子材料压电膜pvdf测试到的最大压应力：

⑹ 根据下式计算各个压电型钻孔应力传感器所测试到的最大剪应力：

对于压电型钻孔应力传感器安置方式A：    

对于压电型钻孔应力传感器安置方式B：   

式中：每个压电型钻孔应力传感器测试到的最大压应力，α为压电型钻孔应力传感器轴线与水平面的夹角，β为压剪破坏型危岩体或岩质滑坡滑移面与水平面的夹角。