[发明专利]一种矿山充填体三维应力-变形测量装置及方法

权利要求书

1.一种矿山充填体三维应力-变形测量装置，其特征在于，包括刚性支架、刚性连接杆、多通道数据采集模块、充填体变形监测杆、充填体压力监测盒；

在所述的刚性支架的X、Y、Z三个方向上各设置一个充填体变形监测杆，充填体变形监测杆与刚性支架共同构成矩形框架，在矩形框架的三个相互垂直的面上各设有一个充填体压力监测盒，充填体压力监测盒通过与刚性支架相连的刚性连接杆固定；所述的充填体压力监测盒和充填体变形监测杆与多通道数据采集模块相连。

2.如权利要求1所述的矿山充填体三维应力-变形测量装置，其特征在于，所述的充填体变形监测杆由多个柔性接头和多个刚性杆组成，柔性接头将相邻的刚性杆相连，使刚性杆在充填体中自由变形摆动，在每个刚性杆上设有一个凹形平台，在凹形平台上设置三维测斜传感器。

3.如权利要求2所述的矿山充填体三维应力-变形测量装置，其特征在于，所述的柔性接头为不锈钢拉伸弹簧。

4.如权利要求2所述的矿山充填体三维应力-变形测量装置，其特征在于，所述的三维测斜传感器与外部的多通道数据采集模块连接。

5.如权利要求2所述的矿山充填体三维应力-变形测量装置，其特征在于，还包括保护套，所述的保护套包裹在设置三维测斜传感器和数据传输线缆的刚性杆段上。

6.如权利要求2所述的矿山充填体三维应力-变形测量装置，其特征在于，所述的多通道数据采集模块与地表计算机终端相连。

7.如权利要求2所述的矿山充填体三维应力-变形测量装置，其特征在于，位于首端的刚性杆的首端固定在刚性支架上，位于末端的刚性杆的末端固定在刚性支架上。

8.基于权利要求1-7任一所述的矿山充填体三维应力-变形测量装置进行应力-变形测量的方法，其特征在于，

步骤1:采场充填前视需要将变形测量装置埋入采场中，尽量保证所有三维测斜传感器保持在同一水平；

步骤2：多通道数据采集模块采集和记录a、b两杆件之间的初始角度V_ab，其中a、b为任意两相邻刚性杆件；以固定端的传感器为原点，根据各杆件之间的初始角度V_ab，计算出每个监测点相对固定端的初始高度H_0b，其中H_0b为监测点b相对固定端的初始高度；

步骤3：线缆安装和防水工作完毕后，对监测采场进行充填；当采场围岩发生移动时，充填体受压变形时，被埋至内部的设备可以随之发生位移，三维测斜传感器感知此时各刚性杆之间的角度为n时刻相邻刚性杆件a、b之间的角度，并将监测数据持续发送给数据采集模块；

步骤4：数据采集模块按时间整理接收到的监测数据，且换算成该时刻每个监测点相对固定端的高度

步骤5：数据采集装置定时将集成数据发送到地表终端，终端数据处理软件基于监测所得的高度与初始高度H_0b比较可以得出充填体的变形情况和该时段的动态变化。

9.如权利要求8上所述的应力-变形测量的方法，其特征在于，

当充填体受压变形时，充填体压力监测盒可感知并记录三个方向上的充填体所受压力大小σ_x、σ_y和σ_z，同时将监测数据持续发送给的数据采集模块；

数据采集模块定时将集成数据发送到地表终端，终端数据处理软件基于公式(2)和岩石力学理论绘出三个方向下的莫尔应力圆，并推算出充填体的抗剪切极限τ₁、抗压强度σ₁及其他应力情况；

——σ_x、σ_y为x、y方向上的主应力，单位：Pa；

——τ_xy为x、y方向上的剪切力，单位：Pa。

10.如权利要求8上所述的应力-变形测量的方法，其特征在于，

通过获得充填体在三维方向上的实时变形数值和应力大小，并以此绘制出不同应力方向上的应力-应变曲线，通过分析曲线的特征对充填体进行深入分析。