[发明专利]一种巷道围岩应力和位移的监测装置及方法

权利要求书

1.一种巷道围岩的应力和位移监测方法，其特征在于，包括如下监测步骤：

S1，通过应变花测得锚杆本体横截面上下两侧的应变，并取平均值得x方向应变ε_x、y方向应变ε_y和剪应变γ_xy；在步骤S1中，不同形式的应变花(2)测得的应变分量由以下的公式计算：

对于第一应变花：ε_x＝ε_0°,ε_y＝ε_90°,γ_xy＝ε_0°+ε_90°-2ε_45°；

对于第二应变花：ε_x＝ε_0°,

其中，ε_x表示x方向应变，ε_y表示y方向应变，γ_xy表示剪应变；

锚杆的x方向应变、y方向应变以及剪应变均取上述两组应变花所测得结果的平均值；

S2，根据锚杆受力平衡关系，求出围岩作用到锚杆托盘上的应力，进而求得围岩应力；

在步骤S2中，由于锚杆(11)在打入围岩内部后，所采用的全长锚固方式使得锚杆和围岩完全黏结；

当锚杆托盘为圆形时，由于锚杆与岩体充分接触，则对锚杆杆体和托盘整体进行受力分析如下：

则围岩作用到托盘上的应力，即围岩应力为：

其中，τ_f：锚杆和围岩充分接触后接触面上的剪应力；σ_N：围岩作用到锚杆托盘上的正应力；D：托盘直径；d：锚杆直径；l：锚杆长度；n：修正系数，与锚杆和围岩接触情况有关；

或，当锚杆托盘为正方形时，由于岩体充分接触，则对锚杆杆体和托盘整体进行受力分析如下：

围岩作用到托盘上的应力，即围岩应力为：

其中，τ_f：锚杆和围岩接触面上的剪应力；σ_N：围岩作用到锚杆托盘上的正应力；a：托盘边长；d：锚杆直径；l：锚杆长度；n：修正系数，与锚杆和围岩接触情况有关；

S3，根据应变与位移之间的几何关系求出锚杆本体受力过程中的位移，由于锚杆和围岩同步变形，进而求出围岩位移；在步骤S3中，由位移与应变之间存在几何关系：可推得：，；

其中，u和v分别为围岩的x和y方向的位移；C₁和C₂为积分常数；

S4，由激光测距仪监测巷道围岩两帮和顶底板的相对移进量。

2.根据权利要求1所述的巷道围岩的应力和位移监测方法，其特征在于，在步骤S4中，通过安装在锚杆的外露端的激光测距仪(13)测量巷道两帮或者顶底板的相对移进量；

激光测距仪(13)持续向围岩发射激光脉冲信号，信号经围岩反射后又被测距仪接收，激光测距仪(13)同时记录信号往返的时间t₀，若光速为c,，则围岩相对移进量d可表示如下：