[发明专利]半包体直接贴片地应力解除测试装置及方法

说明书

本发明提供一种半包体直接贴片地应力解除测试装置及方法，该发明消除了空心包体式应变计包体层和粘胶层对应力应变传递带来的测量误差，保留应变计对应变片和线路的防水保护功能。所述装置包括支架、与支架连接的支撑件、套设于支撑件外围的橡皮筒，支撑件由至少3个弧形块拼接形成，每个弧形块从内孔至外表均设有安装应变丛推挤块的槽孔，应变丛推挤块的外表为弧形结构，多个弧形块和应变丛推挤块拼接后形成圆柱体结构，橡皮筒套设在支撑件和应变丛推挤块所形成圆柱体结构外壁。应变丛推挤块的外端壁设有不变形层，橡皮筒上设有安装应变丛的开口，不变形层与橡皮筒开口处粘结；不变形层上粘结补偿片或温度传感器，其上依次粘结应变丛软橡皮、应变丛。

技术领域

本发明涉及三维孔壁应变解除地应力测量技术领域，具体是一种半包体直接贴片地应力解除测试装置及方法。

背景技术

当前水利、水电、交通、核电、采矿等行业大型地下工程进行地应力测量时，孔壁应变解除法是当前最广泛应用的方法之一。该方法是唯一的单次测试可以给出三维应力状态的测量方法。截至目前，已出现的孔壁应变测试技术有直接贴片式、空心包体式、刚性包体式和实心包体式等。直接贴片技术自1960s年代以来陆续出现，以南非研制成功“CSIR三轴孔壁应变计”为代表，该方法是国际岩石力学测试专业委员会推荐地应力测试方法之一。国内长江科学院研制了CJS-1型直接贴片测试装置，由于成功率低，随后被淘汰。刚性包体式应变计由钢或其它硬金属材料制作，其弹性模量值比岩石高几倍，不允许钻孔有显著变形，因此适用性不强。葡萄牙和澳大利亚等国家研制出了实心包体式应变计，包体由环氧树脂等软弹性材料组成。上述刚性包体和实心包体应用较少或被淘汰。

与此同时，空心包体式孔壁应变测量(CSIRO型)在国内获得了广泛应用，该型应变计应变片封装于环氧树脂中，试验时将中空腔内胶水推出，从而将整个空心包体与岩体粘胶固化。该测试技术将应变计和接头线路均保护在环氧树脂中，因而测试成功率较高。但其存在以下局限性：相较于直接贴片技术、空心包体测试增加了胶水层和环氧树脂层的应力应变传递环节，而且为了获得解析结果增加了4个计算参数。因此，该技术增加了测试环节、降低了测量精度，使得测试结果具有一定的不确定性。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种半包体直接贴片地应力解除测试装置及方法，其设计了新型半包体直接贴片应变计，以软橡胶材料为应变计基底和保护层，不影响岩体变形，此外温度传感器或者补偿片粘结在不变形层和软橡皮之间，更靠近测量部位而又不受孔壁变形影响，消除了空心包体式应变计包体层和粘胶层对应力应变传递带来的测量误差，同时补偿作用更准确，可以实现应变计对应变片和线路实现防水功能。

一种半包体直接贴片地应力解除测试装置，包括支架、与支架连接的支撑件、套设于支撑件外围的橡皮筒，所述支撑件由至少3个弧形块拼接形成，每个弧形块从内孔至外表均设有安装应变丛推挤块的槽孔，应变丛推挤块的外表为弧形结构，多个弧形块和应变丛推挤块拼接后形成圆柱体结构，橡皮筒套设在支撑件和应变丛推挤块所形成圆柱体结构外壁；应变丛推挤块的外端壁设有不变形层，橡皮筒上设有安装应变丛的开口，不变形层与橡皮筒开口处粘结；不变形层上粘结补偿片或温度传感器，在粘结补偿片或温度传感器上依次粘结应变丛软橡皮、应变丛，应变丛通过连接线与电缆线连接，电缆线与测试仪连接，以获取应变丛的测量数据；支架与支撑件中部形成可插入推挤内杆的空腔，推挤内杆插入时可推动支撑件向外扩展。

进一步的，支撑件的另一端插接前端支撑杆，前端支撑杆与导向头连接。

进一步的，推挤内杆推入时，推挤内杆将应变丛推挤块和支撑件撑起，应变丛推挤块带动不变形层、外层的软橡皮层和应变丛首先接触测量孔孔壁，随后应变计其它部位橡皮筒接触测量孔孔壁。

进一步的，橡皮筒的尺寸与未插入推挤内杆时的支撑件的尺寸相匹配，呈略绷紧状，外径呈圆筒形。

进一步的，应变丛推挤块由具有一定弹性的塑料材料制成。