[发明专利]存储式孔壁应变法地应力测试方法及测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种现场测试岩体三维应力的方法及测试装置，尤其是现场岩体孔壁应变法地应力的测试试验，属于岩体力学试验领域。

背景技术

在水利水电、矿山、交通等领域需修建的深部地下工程日趋增多。随着深度的增加，地应力增大、地质条件恶化、破碎岩体增多、水头压力和涌水量加大、地温升高等因素显现，为研究深部工程岩体的力学特性，尤其是高应力条件下工程岩体的应力参数，较为直接的、经济的途径是进行现场岩体三维应力的测试，通过试验获得复杂地质条件下岩体应力参数，以便在保证工程长期稳定性及长期运营安全。

目前传统的“孔壁应变法法”岩体三维应力试验以测试深度区分，可分为浅孔解除法和深孔解除法。浅孔解除法采用人工安装方式，试验过程中应变片与地面读数仪通过数据电缆始终相连，该方法可得到解除全过程数据。鉴于人力极限，该方法一般测量孔深不超过20m，因此只能得到平硐附近或岩层浅表层的测试资料。该方法可以得到完整试验过程数据；但只能得到平硐附近或岩层浅表层的测试资料，而且测试过程电缆线需通过钻杆中心孔穿出，试验过程繁琐。

深孔解除法测试采用专用的安装器将应变计安装到试验孔中，等胶水凝结固化后，读取初始读数后切断应变计和电缆线联接，并提升安装器。套芯解除后将应变计和安装器重新焊接并读取解除后数据。该方法测量记录已达500m以上，但无法得到解除过程数据。其中安装器提升需采用多芯承重电缆，接入线路长，试验环节装备多，使得测量结果误差较大。该方法是扩大了解除法测量孔深范围；但仅能得到解除前后测量数据，而且多芯承重电缆较为笨重并使得测量误差较大。

鉴于现场岩体三维应力试验存在的问题，深孔测试易受试验环境设备因素影响，直接影响测试技术的可靠性、稳定性和准确度。针对测试岩体深度的条件要求，改进井下存储式孔壁应变法地应力测试方法，完成测试数据的采集、存储于一体，以满足得到测试全过程数据，而多芯承重电缆较为笨重，线路较长，试验环节装备多，使得测量结果误差较大，在控制测试准确精度方面尚存欠缺，都是目前岩体三维应力试验所需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种现场岩体深孔存储式孔壁应变法地应力测试方法与测试装置，数据采集和存储在井下集中实现，解除过程可自动采集和存储，得到测试全过程数据。

本发明解决其技术问题采用以下技术方案：一种存储式孔壁应变法地应力测试方法，主要包括应变计安装、井下数据采集控制、井上数据处理步骤，具体方法如下：

1)应变计安装：将仪器舱放入安装器中，仪器舱与应变计线路焊接密封，将安装器触针拉出，应变计活塞与安装器中心杆相接触，应变计中注胶，将安装器放入试验钻孔中，安装器和仪器舱解锁，安装器上部惯性带动中心推杆继续向下，将胶水挤出并填充在应变计和孔壁间隙，脱水凝结后，应变计安装完成，安装器脱开与仪器舱的联接并回收地面；

2)井下数据采集控制：试验钻孔中，封装在仪器舱中的数据采集控制系统进行试验温度传感信号、应变计方位信号和应变数据采集及存储，接受并执行井上数据处理系统指令；

3)井上数据处理：安装有数据处理软件的计算机，与仪器仓联接并进行通讯，控制井下装置的参数设置和读取数据并输出。

所述封装在仪器舱中数据采集控制系统由单片机控制温度传感信号、方位信号及应变传感信号的数据采集，进行应变信号放大滤波处理并存储，并与井上数据处理系统进行通讯及命令处理。

所述封装在仪器舱中数据采集控制系统的应变传感器接入应变测量全桥电路，且自动切换测量各应变片，并接入工作桥路，采集存储电路在设定间隔时间内读取切换后电路信号，数模转换后存入存储器中。

所述井上数据处理系统的计算机安装配套编程软件进行通讯指令、采集设置、校准测试和数据读取。

一种存储式孔壁应变法地应力测试装置，主要包括应变计安装系统、井下数据采集控制系统、井上数据处理系统；

其中，应变计安装系统由仪器舱放入安装器中，仪器舱与应变计线路焊接密封，安装器中心杆伸入仪器舱并与应变计活塞相接触，应变计中注胶，挤出胶水填充在应变计和孔壁间隙，安装器中心杆上套有解锁器与伸缩件，安装器下部有触针；

而且，井下数据采集控制系统为温度传感器、方位传感器接入单片机，单片机接存储处理器，且应变传感器与信号采集放大处理电路联接，并接入单片机，封装在仪器舱中。

而且，井上数据处理系统为安装有数据处理软件的计算机与仪器舱内单片机联接。