[发明专利]一种巷道围岩应力和位移的监测装置及方法

摘要

本发明涉及一种巷道围岩应力和位移的监测装置，包括一根焊接四种不同形式应变花的高强度螺纹钢锚杆，锚杆托盘，两种不同形式的应变花和激光测距仪。所述锚杆为全长锚固式锚杆，所述应变花焊接于锚杆杆体横截面外周壁的上下两侧，所述激光测距仪与锚杆外露端连接。本发明的有益效果是利用锚杆与围岩的同步变形和应变花对不同方向应变的监测，实现对围岩应力和位移的一体化监测；锚杆外露端激光测距仪的应用，可绘制出巷道两帮或者顶底板相对位移的变化曲线。

主权项

1.一种巷道围岩的应力和位移监测方法，其特征在于，包括如下监测步骤：S1，通过应变花测得锚杆本体横截面上下两侧的应变，并取平均值得x方向应变ε_x、y方向应变ε_y和剪应变γ_xy；在步骤S1中，不同形式的应变花(2)测得的应变分量由以下的公式计算：对于第一应变花：ε_x＝ε_0°,ε_y＝ε_90°,γ_xy＝ε_0°+ε_90°‑2ε_45°；对于第二应变花：ε_x＝ε_0°,其中，ε_x表示x方向应变，ε_y表示y方向应变，γ_xy表示剪应变；锚杆的x方向应变、y方向应变以及剪应变均取上述两组应变花所测得结果的平均值；S2，根据锚杆受力平衡关系，求出围岩作用到锚杆托盘上的应力，进而求得围岩应力；在步骤S2中，由于锚杆(11)在打入围岩内部后，所采用的全长锚固方式使得锚杆和围岩完全黏结；当锚杆托盘为圆形时，由于锚杆与岩体充分接触，则对锚杆杆体和托盘整体进行受力分析如下：则围岩作用到托盘上的应力，即围岩应力为：其中，τ_f：锚杆和围岩充分接触后接触面上的剪应力；σ_N：围岩作用到锚杆托盘上的正应力；D：托盘直径；d：锚杆直径；l：锚杆长度；n：修正系数，与锚杆和围岩接触情况有关；或，当锚杆托盘为正方形时，由于岩体充分接触，则对锚杆杆体和托盘整体进行受力分析如下：围岩作用到托盘上的应力，即围岩应力为：其中，τ_f：锚杆和围岩接触面上的剪应力；σ_N：围岩作用到锚杆托盘上的正应力；a：托盘边长；d：锚杆直径；l：锚杆长度；n：修正系数，与锚杆和围岩接触情况有关；S3，根据应变与位移之间的几何关系求出锚杆本体受力过程中的位移，由于锚杆和围岩同步变形，进而求出围岩位移；在步骤S3中，由位移与应变之间存在几何关系：可推得：，；其中，u和v分别为围岩的x和y方向的位移；C₁和C₂为积分常数；S4，由激光测距仪监测巷道围岩两帮和顶底板的相对移进量。