[实用新型]一种断层面切应力监测传感器

说明书

本实用新型涉及一种断层面切应力监测传感器，包括一块正方体石膏模块和两组应变花，石膏模块强度与被监测石膏板断层材料强度相当。所述应变花的相邻两个应变片之间夹角为45°。所述石膏模块与应变花通过胶体粘结为整体。本实用新型的有益效果是，将粘结有应变花的石膏模块嵌入断层面的石膏板后，石膏模块与断层共同变形，通过应变花监测断层面上的变形，从而实现对断层面切应力的监测。

技术领域

本发明涉及应力监测领域，具体地说，涉及一种断层面切应力监测传感器，尤其涉及一种相似模拟试验中断层面切应力监测传感器。

背景技术

断层是矿山开采中经常遇到的地质构造之一，地下开采活动常会导致断层附近煤岩体应力重分布，断层面切应力急剧变化引发断层滑移失稳，进而出现相应灾害，如断层突水、断层附近裂隙发育、煤岩体破碎、煤壁片帮、煤岩冲击地压等现象。因此在矿山开采活动中，对断层面切应力监测尤为重要。

对于采掘活动引发断层活化的研究，通常采用数值模拟和相似模拟试验方法对断层滑移失稳规律进行分析，并取得了一些成果。在断层滑移失稳相似模拟试验中，断层面切应力的监测对于断层滑移分析非常重要，而关于断层面上的切应力监测非常困难，通常在相似模型断层面附近安装传统的压力盒或者在断层面上直接布置应变片，由于断层面带有倾斜角度且封闭，断层面上的切应力监测装置安装十分不便，且极容易损坏失效，往往不能得到准确的断层面切应力数值。本发明根据弹性体变形理论，设计了一种断层面切应力监测传感器，有效解决了相似模拟试验中断层面切应力的监测问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种断层面切应力监测传感器。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明提供一种断层面切应力监测传感器，包括一个石膏模块和两个应变花，所述石膏模块与应变花通过胶体粘结为整体，将粘结有应变花的石膏块体嵌入制作断层面的石膏板中。

具体涉及技术原理包括：1)石膏模块与断层面处石膏板强度相同，能够发生共同变形；2)在弹性力学中，可以由一点的三个方向的线应变和计算得到切应变γ_xz；3)通过应变测应力；4)石膏模块尺寸远小于整体断层模型尺寸，石膏模块可看作是一微元体，即整体断层模型中的一点。

本发明的有益效果是：本发明的断层面切应力监测传感器，将粘结有应变花的石膏模块嵌入断层面的石膏板后，石膏模块与断层的共同变形，通过应变花监测断层面上的变形，从而实现对断层切应力的监测，简易可行，方便操作。

进一步，所述的石膏板的预制斜面为断层面，石膏模块的制作与断层处石膏板(5)材料的制作一致，石膏模块与石膏板具有相同的抵抗变形能力。

进一步，所述的应变花包括三个应变片，分别为垂直方向上的应变片、与水平方向夹角成45°的应变片、水平方向的应变片。所述三个应变片均为电阻式应变片，集合在同一塑料薄膜(3)的基底上为一个完整应变花。

进一步，两个应变花通过胶体粘结在石膏模块的前后表面，胶体的弹性模量与石膏模块的弹性模量一致。

进一步，将带有应变片的石膏模块(1)嵌入到有斜面的石膏板(4)中，石膏块的前后面对应石膏板的前后面，粘结有应变片的石膏模块与石膏板成为一个整体。

监测原理：首先通过应变花监测断层处石膏板前后面一点三个方向的线应变；然后计算得到切应变γ_xz；再通过物理方程求出切应力，从而实现对断层面切应力的监测。

进一步，断层面切应力监测传感器主要包括以下监测步骤：

S1，通过应变花测得石膏模块前后面两个测点三个方向的应变，在同一方向上取平均值等效测得石膏板一点处三个方向的线应变分别为和