[发明专利]围岩应力与位移集成采集装置及方法

权利要求书

1.一种围岩应力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（1），多个球体（1）之间设有套管（2），经套管（2）螺纹连接为一体，各球体（1）的中部分别钻有与套管（2）相连通的螺纹孔（6），各球体（1）的内分别粘贴有六个不同方向的光纤布拉格光栅（5），每个球体（1）与其内部沿六个方向粘贴的光纤布拉格光栅（5）共同组成一个三维应力测试单元，每个球体（1）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（1）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1所述的围岩应力与位移集成采集装置，其特征在于：所述的多个球体（1）为2~10个。

3.根据权利要求1所述的围岩应力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力测试单元和套管（2）；

b、首先将球体（1）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（1）螺纹连接为一体，使各个球体（1）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（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（1）、（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（1）、（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（1）、（2）、（3）、（4）分别如下：

              （1）

                  （2）

                （3）

                         （4）

式中，、、——测点处沿x、y、z方向的正应力；

、、——测点处的剪应力；

、、——测点处沿x、y、z方向的正应变，由光纤光栅测得；

、、——测点处的剪应变；

、、——测点O处象限角xOy、yOz、xOz平分线上的正应变，由光纤光栅测得；

、、——主应力 、、的方向余弦；

q、G——拉梅常数，它们与弹性模量E和泊松比μ的关系为：

。