[发明专利]围岩应力场裂隙场一体化监测系统及定量确定方法

权利要求书

1.一种围岩应力场裂隙场一体化监测系统，其特征在于：围岩应力场裂隙场一体化监测系统包括应力场监测组件和裂隙场监测组件，应力场监测组件装配连接裂隙场监测组件；应力场监测组件包括座体、高压油管和油泵，座体开设有压力室和与压力室连通的滑道，滑道上滑动连接有压头座，压头座上设置有压头，压力室经高压油管连接油泵，高压油管上设置有油压表；裂隙场监测组件为孔壁裂隙场监测组件和内部裂隙场监测组件二者中的一个；孔壁裂隙场监测组件包括裂隙监测仪、视频电缆和摄像监测主机，裂隙监测仪经视频电缆信号连接摄像监测主机；内部裂隙场监测组件包括支撑体、前水囊、后水囊、水泵和水管，支撑体的两端分别设置前水囊和后水囊，水泵经水管分别连接前水囊和后水囊，前水囊或后水囊连接有安全阀，安全阀的泄液口位于前水囊和后水囊之间，水管上设置有水压表和流量表。

2.根据权利要求1所述的围岩应力场裂隙场一体化监测系统，其特征在于：围岩应力场裂隙场一体化监测系统还包括连接杆，连接杆包括首杆和若干根加长杆，首杆的前端装配连接应力场监测组件和裂隙场监测组件，首杆的后端可拆卸连接有若干根加长杆。

3.根据权利要求2所述的围岩应力场裂隙场一体化监测系统，其特征在于：加长杆的一端设置有弹性销轴，加长杆的另一端设置有销孔，首杆的后端设置有销孔或弹性销轴。

4.根据权利要求3所述的围岩应力场裂隙场一体化监测系统，其特征在于：压头、销孔、弹性销轴在同一条直线上。

5.根据权利要求1所述的围岩应力场裂隙场一体化监测系统，其特征在于：围岩应力场裂隙场一体化监测系统还包括数据处理主机，数据处理主机分别经数据传输线与油压表、摄像监测主机、水压表和流量表信号连接。

6.根据权利要求1所述的围岩应力场裂隙场一体化监测系统，其特征在于：裂隙监测仪设置于座体的前端。

7.根据权利要求1所述的围岩应力场裂隙场一体化监测系统，其特征在于：裂隙监测仪的前端设置有十字准星。

8.根据权利要求1所述的围岩应力场裂隙场一体化监测系统，其特征在于：支撑体为两端封闭的套筒，套筒内经隔板分隔成前腔体、中腔体和后腔体，前腔体与中腔体之间的隔板或者后腔体与中腔体之间的隔板设置安全阀，安全阀的泄液口位于中腔体，水管分别连接前腔体和后腔体，套筒上于前腔体的位置包裹前水囊，套筒上于后腔体的位置包裹后水囊，前水囊包裹的套筒侧壁上开设有若干个泄水孔，后水囊包裹的套筒侧壁上开设有若干个泄水孔，中腔体位置的套筒侧壁上开设有若干个注水孔。

9.一种围岩应力场裂隙场一体化定量确定方法，应用权利要求1至8所述的围岩应力场裂隙场一体化监测系统，裂隙场监测组件为孔壁裂隙场监测组件，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、在需要监测的地点向地下工程结构围岩内部打钻孔，钻孔深度达到测试所需深度并清理钻孔内杂物；

步骤二、将座体、裂隙监测仪推入钻孔内的初始监测点并把初始监测点设为坐标原点，将压头对准指定方向；

步骤三、开启油泵，油泵经高压油管向压力室内注入高压油液，当油压表达到最大值后开始降低时，关闭油泵，停止注入高压油液并读取油压表的最大值，通过油压表的最大值计算初始监测点围岩的应力值，压头回缩至初始位置；

步骤四、裂隙监测仪扫描初始监测点围岩孔壁表面形成图片并将图片数据传输至摄像监测主机，通过分形理论为基础编写的程序识别出图片中裂隙的数目并确定初始监测点围岩孔壁表面裂隙发育程度；

步骤五、将座体、裂隙监测仪继续向钻孔内推移至后续监测点，并按照步骤三和步骤四，计算后续监测点围岩的应力值，记录后续监测点围岩孔壁表面裂隙发育程度；

步骤六、根据各监测点的围岩的应力值和围岩孔壁表面裂隙发育程度，建立应力-沿钻孔方向监测距离-裂隙图。

10.一种围岩应力场裂隙场一体化定量确定方法，应用权利要求1至8所述的围岩应力场裂隙场一体化监测系统，裂隙场监测组件为内部裂隙场监测组件，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、在需要监测的地点向地下工程结构围岩内部打钻孔，钻孔深度达到测试所需深度并清理钻孔内杂物；

步骤二、将座体、支撑体(附带前水囊、后水囊)推入钻孔内的初始监测点并把初始监测点设为坐标原点，将压头对准指定方向；

步骤三、开启油泵，油泵经高压油管向压力室内注入高压油液，当油压表达到最大值后开始降低时，关闭油泵，停止注入高压油液并读取油压表的最大值，通过油压表的最大值计算初始监测点围岩的应力值，压头回缩至初始位置；

步骤四、开启水泵，水泵经水管向前水囊、后水囊注水，前水囊、后水囊鼓起贴紧钻孔壁，前水囊、后水囊中水的压力超过安全阀阈值时安全阀打开，水经安全阀的泄液口进入前水囊、后水囊之间的空间并进入围岩内部，通过水压表核对水囊中水的压力刚超过安全阀阈值时开始计时，并通过流量表确定水流量，以此确定单位时间内漏水量，进而确定围岩内部裂隙的发育程度；

步骤五、将座体、支撑体(附带前水囊、后水囊)继续向钻孔内推移至后续监测点，并按照步骤三和步骤四，计算后续监测点围岩的应力值，记录后续监测点围岩内部裂隙发育程度；

步骤六、根据各监测点的围岩的应力值和围岩内部裂隙发育程度，分别建立应力-沿钻孔方向监测距离-裂隙图。