[发明专利]气动弹射粘贴三维应变计探头、定位安装器及安装方法

说明书

本发明提供了一种气动弹射粘贴三维应变计探头、定位安装器及安装方法，其中探头包括三组四通道应变花活塞、铝制壳体、航空公插头、定位销、定位凹槽、0°基准线、尾部铜套筒、塑料导向套环和温度传感器等；定位安装器包括黄铜杆体、塑料外壁保护套、航空母插头、三维电子罗盘、支架、多芯电缆、高压风管接口等。测试时，探头通过航空插头连接在定位安装器上，高压风从空气泵流出，经高压风管、高压风管接口、定位安装器内腔及探头内腔，作用于应变花活塞背面上，使应变花活塞向周向弹射，正面与孔壁直接接触粘结。本发明缩短了探头的安装及固化时间，降低钻孔变形时间效应、应变片温漂作用及中间介质的影响，增强测量结果的准确性和可靠度。

技术领域

本发明涉及地下岩体工程地应力测量技术领域，特别涉及一种气动弹射粘贴三维应变计探头、定位安装器及安装方法。

背景技术

地应力是引起各种岩土工程变形破坏的根本作用力，客观存在于地壳浅层的岩土体之中，目前只有通过现场实测的方式才能获取准确的地应力大小和方向信息。已有研究资料表明，地壳中岩体的地应力量值通常表现出随埋深增加而增大的趋势，并具有明显的方向性特征。在深部大型地下岩体工程中，高地应力将导致许多安全隐患。比如，对于硬岩工程来说，可能发生严重的岩爆灾害；对于软岩工程来讲，则可能发生大变形失稳破坏事故。作为最基本的边界条件基础数据，工程区域地应力场的大小与方向信息的准确性和可靠性将大大制约地下采场、深埋隧道、水库坝基、核废料存储仓等重要工程施工建设的顺利进展，也是确保其长期安全稳定的必要前提。

套孔应力解除法是目前学术界广泛采用的一种地应力测试技术，该法建立在弹性力学理论基础之上，只需要施工一个测试钻孔，测量出岩体从地下解除时发生的弹性恢复应变值及弹性参数，利用弹性力学公式求解出岩体三个主应力大小及方向(方位角和倾角)，即获得地下岩体的三维地应力状态。

套孔应力解除法中最关键的测试元件就是地应力探头(多通道三轴应变计)，主要依靠它来测量出岩体空间上不同方位角度的解除应变值。目前该法中使用较多是源自澳大利亚引进技术的空心包体式三轴应变计探头，该类型探头是在一个空心短棒外表面上按不同角度固定粘贴12个电阻应变片，测试前将A、B两种组份的环氧树脂胶水放置于探头腔体活塞内，当应变计探头到达测量位置后，用钻杆机械力将两液混合胶从空腔活塞内排出，充填于探头与钻孔内壁的间隙中。环氧树脂胶通过长时间(通常超过24h以上)的充分固化，使应变计探头与测量孔孔壁固化为一体。然后，使用套孔钻具将含有探头的岩芯筒从母岩上解套下来，同时测量出解除应变值及弹性参数，用于地应力结果的计算，这样就完成了一个套孔应力解除法地应力测试流程。

但大量现场测量实践表明，这种类型地应力探头还是存在两处明显的缺陷：第一方面，探头上的应变片不是直接粘贴在被测岩石上。空心包体探头外表面上的12个应变片与所测岩石孔壁间存在几个毫米厚度的间隙，是由固化的环氧树脂胶填充，岩芯解除应变是通过环氧树脂充填物后才传递到应变片上的，由于二者变形模量不同，导致直接测量值与实际弹性恢复应变值间存在差异，后期还需要进行仔细修正，从而测量准确度受到一定影响。第二方面，固化时间太长引起的钻孔变形及温漂效应影响。此类型地应力探头环氧树脂胶一般需要24～48h以上的时间才能完全固化和稳定。如此长的固化时间，若测试发生在深部高应力地段，前一天刚施工的测试钻孔在第二天进行套孔应力解除时，钻孔就可能因地压大而变形，用原来的钻头、钻具就可能无法从原孔进入解套，不得不放弃测试或反复修孔，造成测试失败或测量结果不准；另一方面，探头安装后过长的固化等待时间，将放大探头上应变片的温漂效应，温度引起的附加应变值量值上有时可能会超过真实解除应变值，即使后期可进行温漂效应校正，但结果的准确性还是会受到一定程度的影响。

发明内容

本发明提供了一种气动弹射粘贴三维应变计探头、定位安装器及安装方法，其目的是为了解决现有空心包体地应力探头上应变片无法直接粘贴在待测岩体上，且安装时间过长的缺陷。

为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种气动弹射粘贴三维应变计探头，包括：