[发明专利]基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测装置及方法

权利要求书

1.一种基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测装置，其特征在于：包括液压枕应力计(8)、压力转换器(6)、高压油泵(1)、压力检测装置，所述液压枕应力计(8)用于安装在预先制作好的岩体(10)岩缝内，所述液压枕应力计(8)与高压油泵(1)相连，所述液压枕应力计(8)与所述高压油泵(1)之间的高压管路上设有压力转换器(6)；所述高压油泵(1)用于对液压枕应力计(8)进行预压，还用于向压力转换器(6)施加压力，使压力转换器(6)中的压力活塞移动，通过所述压力检测装置测定在一定压力作用下压力转换器(6)的稳定回流确定压力值；

所述压力转换器(6)包括箱体(6-3)及设于箱体(6-3)中的压力活塞(6-5)、回流管(6-7)、定位轴(6-2)，定位轴(6-2)竖直设于箱体(6-3)的内部底壁上，回流管(6-7)从箱体(6-3)的内部底壁穿入后与定位轴(6-2)平行设置，压力活塞(6-5)滑动设于定位轴(6-2)和回流管(6-7)的上部；所述箱体(6-3)位于压力活塞(6-5)的上部空间设有与液压枕应力计(8)连通的液压枕应力计连通管(6-10)，所述箱体(6-3)位于压力活塞(6-5)的下部空间设有与高压油泵(1)连通的压力转换器加压管(6-1)，回流管(6-7)通过高压油管与高压油泵(1)连接。

2.如权利要求1所述的基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测装置，其特征在于：所述回流管(6-7)为顶部密封内部中空的管状结构，其上部设有与内腔连通的通孔(6-6)，压力活塞(6-5)在沿着回流管(6-7)、定位轴(6-2)向上移动时会经过通孔(6-6)。

3.如权利要求2所述的基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测装置，其特征在于：所述通孔(6-6)孔径截面面积和与回流管(6-7)截面面积相等。

4.如权利要求1所述的基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测装置，其特征在于：所述压力转换器(6)还包括设于压力活塞(6-5)的顶部与箱体(6-3)的内壁顶部之间的弹簧(6-9)。

5.如权利要求4所述的基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测装置，其特征在于：所述压力转换器(6)还包括弹簧轴芯(6-8)，弹簧轴芯(6-8)的顶部与箱体(6-3)的内壁顶部固定，弹簧(6-9)套设在弹簧轴芯(6-8)外围。

6.如权利要求1所述的基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测装置，其特征在于：所述压力转换器加压管(6-1)与高压油泵(1)之间的高压管路上设置所述压力检测装置。

7.如权利要求6所述的基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测装置，其特征在于：所述压力检测装置为压力传感器或压力表，所述压力传感器与数据采集仪(2)相连。

8.如权利要求1所述的基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测装置，其特征在于：液压枕应力计(8)通过一个加压管路和一个回流管路与高压油泵(1)相连接，其中加压管路上设有第一可调流量阀(7-1)、压力传感器(5-1)、压力表(4-1)，回流管路上设有第二可调流量阀(7-2)，压力传感器(5-1)、压力表(4-1)与数据采集仪(2)相连；压力转换器加压管(6-1)与高压油泵(1)之间的高压管路上设有第三可调流量阀(7-3)，回流管(6-7)与高压油泵(1)之间的高压油管上设有第四可调流量阀(7-4)、流量传感器(3)，流量传感器(3)与数据采集仪(2)相连。

9.一种基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测方法，其特征在于采用权利要求1-8中任一项所述装置进行，所述方法包括如下步骤：

步骤一：将液压枕应力计(8)安装在预先制作好的岩体(10)岩缝内；

步骤二：用与岩体弹性模量相近的砂浆混凝土(9)将液压枕应力计(8)固定在岩体(10)岩缝内；

步骤三：待砂浆混凝土(9)初凝后使用高压油泵(1)进行对液压枕应力计(8)进行预压，预压值根据预估的初始切向应力值设置，待预压完毕后，应关闭与液压枕应力计(8)连通的第一可调流量阀(7-1)、第二可调流量阀(7-2)，使液压枕应力计(8)内部保持一定的预压值；

步骤四：确定切向应力初始值：启动试验加压系统的高压油泵(1)进行加压，压力通过压力转换器加压管(6-1)进入压力转换器(6)，作用于压力转换器(6)中的压力活塞(6-5)上，压力活塞(6-5)在压力作用下往压力转换器(6)中装有弹簧(6-9)方向移动，当压力活塞(6-5)运动至回流管(6-7)上的通孔(6-6)位置时，压力转换器(6)加压内腔与回流管(6-7)连通，回流管(6-7)开始回流；通过调节第三可调流量阀(7-3)加大加压流量，压力转换器(6)加压内腔的压力随着增大，压力活塞(6-5)继续往压力转换器(6)中装有弹簧(6-9)方向移动，直至压力活塞(6-5)移动至弹簧轴芯(6-8)的顶端，此时回流管(6-7)出现稳定回流，保持一定的稳定时间，并记下所述压力检测装置此时所测压力值作为切向应力初始值；

步骤五：切向应力观测试验：步骤与步骤四相同，记下的压力值作为切向应力观测值，切向应力观测值与切向应力初始值之间的差值就是切向应力的变化值，通过不同时期的切向应力观测值的测定就可以测定切向应力的变化值。