[发明专利]一种开采扰动下三维扰动应力动态演化测量装置及方法

权利要求书

1.一种开采扰动下三维扰动应力动态演化测量装置，包括外钢筒(2)，其特征在于，外钢筒(2)上设置有三个三向传感单元，每个三向传感单元的三个应力测量方向两两垂直，三个三向传感单元的九个应力测量方向均不相同，

三向传感单元包括设置在外钢筒(2)内的等效模量外壳(7)，等效模量外壳(7)中心设置有正方体固定架(12)，正方体固定架(12)的每个面的中心均设置有矩形槽(15)，矩形槽(15)的槽沿与弹簧钢(10)的项端连接，弹簧钢(10)的自由端位于矩形槽(15)的中心处，弹簧钢(10)靠近项端的两面设置有应变片(9)，弹簧钢(10)的自由端与传动杆(8)的内端上的传动头连接，传动杆(8)的内端通过外螺纹与等效模量外壳(7)上的螺纹贯通孔(11)连接，传动杆(8)的外端贯穿外钢筒(2)并位于外钢筒(2)外部，正方体固定架(12)的两个相对面对应的传动杆(8)同轴且轴线方向为应力测量方向。

2.根据权利要求1所述的一种开采扰动下三维扰动应力动态演化测量装置，其特征在于，所述的外钢筒(2)上设置有安装管槽(4)，安装管槽(4)内设置有传动杆安装座(6)，传动杆(8)穿过传动杆安装座(6)，传动杆(8)和安装管槽(4)内壁之间设置有弹性密封圈(5)。

3.一种开采扰动下三维扰动应力动态演化测量方法，利用权利要求1所述一种开采扰动下三维扰动应力动态演化测量装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、建立基础坐标系，基础坐标系的X轴为外钢筒(2)的轴线，基础坐标系的Y轴和Z轴垂直且位于垂直于外钢筒(2)的轴线的平面上，外钢筒(2)的轴线与钻孔的轴线重合，基础坐标系的X轴和Y轴位于水平面上；

步骤2、将基础坐标系按照右手螺旋原则，

以α度、β度、γ度依次对基础坐标系的X轴、Y轴、Z轴进行旋转变换，获得第一变换坐标系，定义第一变换坐标系的三轴分别为X'轴、Y'轴和Z'轴，外钢筒(2)上的第一个三向传感单元的三个应力测量方向分别为X'轴方向、Y'轴方向和Z'轴方向，

以ζ度、η度、θ度依次对基础坐标系的X轴、Y轴、Z轴进行旋转变换，获得第二变换坐标系，定义第二变换坐标系的三轴分别为X”轴、Y”轴和Z”轴，外钢筒(2)上的第二个三向传感单元的三个应力测量方向分别为X”轴方向、Y”轴方向和Z”轴方向，

以度、ω度、ψ度依次对基础坐标系的X轴、Y轴、Z轴进行旋转变换，获得第三变换坐标系，定义第三变换坐标系的三轴分别为X”'轴、Y”'轴和Z”'轴，外钢筒(2)上的第三个三向传感单元的三个应力测量方向分别为X”'轴方向、Y”'轴方向和Z”'轴方向，

步骤3、通过外钢筒(2)上的三个三向传感单元，获得第一变换坐标系的X'轴方向、Y'轴方向和Z'轴方向上的应力分别为σ_x'、σ_y'、σ_z'，获得第二变换坐标系的X”轴方向、Y”轴方向和Z”轴方向上的应力分别为σ_x”、σ_y”、σ_z”，获得第三变换坐标系的X”'轴方向、Y”'轴方向和Z”'轴方向上的应力分别为σ_x”'、σ_y”'、σ_z”'，

设定基础坐标系下的基础状态的应力为

其中τ_yx和τ_xy的值相同，τ_zx和τ_zx的值相同，τ_zy和τ_yz的值相同，

根据公式1、公式2和公式3通过迭代法求取基础状态的应力，