CN103443654B - 应力和应变检测装置 - Google Patents

Abstract

提供了能够在很长一段时间内连续直接地检测出所受到的来自基岩的应力以及基岩的应变的应力和应变检测装置。应力和应变检测装置具备：柱状的壳体，其被埋设/设置在基岩中；受压构件，其具有用于检测所受到的来自所述基岩的应力以及所述基岩的应变的两个受压面，所述两个受压面均设置在正交于所述壳体的轴向方向的同一轴上，从所述壳体的外周壁露出，并且所述受压构件未与所述壳体机械式连接，以及，位移检测传感器，其根据所述两个受压面之间的位移量来检测出所受到的来自所述基岩的应力以及所述基岩的应变。

Description

应力和应变检测装置

技术领域

本发明涉及应力和应变检测装置，更具体地，涉及到埋设/设置在基岩中以检测出所受到的来自基岩的应力以及基岩的应变的应力和应变检测装置。

背景技术

由于预计将来会发生东海、东南海地震以及南海大地震，目前，包括本申请人在内的多个研究机构和政府机关，通过被埋设/设置在日本国内的多个（超过30个）观测点处的钻孔型应变计来进行地震预测的研究。

应变计被放置在地面挖掘出的钻孔（钻出的圆孔）内，通过灌浆固定以将应变计埋设/设置在地下的基岩中，钻孔型应变计用于在很长一段时间内连续地检测基岩的应变（基岩的膨胀和收缩）的变化。

在专利文献1以及非专利文献1中公开了应变放大检测传感器，其具备运用杠杆原理来连续地放大应变的应变放大机构，应变放大检测传感器利用位移检测传感器检测杠杆末端的位移量，其由应变放大机构所放大，该应变放大检测传感器一体式地内置于圆柱形的壳体内，并作为钻孔型应变计。

专利文献2中公开了一种钻孔型应变计，其中在圆柱形的壳体内部填充了流体（硅油），并且基于该流体的移动量来检测壳体的形变。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-87563号公报（日本专利2101064）

专利文献2：日本特开昭57-165710号公报

非专利文献

非专利文献1：Ishii,H.,T.Yamauchi,S.Matsumoto,Y.Hirata and S.Nakao,Development of multi-component borehole instrument for earthquake predictionstudy,some observed example of precursory and co-seismic phenomena relatingto earthquake swarms and application of the instrument for rock mechanics,365-377,Seismogenic Process Monitoring,2002,Balkema.

发明内容

本发明所要解决的问题

现有技术（专利文献1以及非专利文献1或专利文献2中的技术）检测圆柱形壳体的形变，并基于该壳体的形变以检测出基岩的应变，壳体整体的形变是相互关联的，因此要准确、独立地检测出对壳体所施加的设定方向上的基岩的应变是困难的。

顺便提及，为了进行地震预测研究，在观测基岩的弹塑性形变的时候，最重要的测量成分不是基岩的应变，而是直接关系到地震发生的应力。

但是，现有技术只检测基岩的应变，而唯一求得所受到的来自基岩的应力的方法是单独地测定基岩的弹性常数，并基于所检测出的基岩的应变经过复杂的计算处理所得的结果来求得所述应力。总之，在现有技术中，所受到的来自基岩的应力只能间接地求得。

目前，不存在能够在很长一段时间内连续、直接地检测出所受到的来自基岩的应力以及基岩的应变的装置。

本发明的目的是提供能够在很长一段时间内连续、直接地检测出所受到的来自基岩的应力以及基岩的应变的应力和应变检测装置。

解决问题的手段

本发明的发明人为了解决上述问题，进行了反复深入的研究，结果得到了如下所述的本发明的几个方面。

<本发明的第一方面>

第一方面是，应力和应变检测装置，具备：

柱状的壳体，其被埋设/设置在基岩中；

受压构件，其具有用于检测所受到的来自基岩的应力以及基岩的应变的两个受压面，这两个受压面均设置在正交于壳体的轴向方向的同一轴上，从壳体的外周壁露出，并且受压构件未与壳体机械式连接；

位移检测传感器，其根据两个受压面之间的位移量来检测出所受到的来自基岩的应力以及基岩的应变。

虽然基岩的应变的检测水平根据基岩的性质而变化，但是所受到的来自基岩的应力与基岩的性质基本上没有关系，因此，应力和应变检测装置能够与基岩的性质无关地检测出所受到的来自基岩的应力。

而且，虽然壳体根据所受到来自基岩的应力以及基岩的应变而发生形变，但是由于受压构件未与壳体机械式连接，因此受压面之间的位移量没有受到壳体形变的影响，从而能够准确地检测出所受到的来自基岩的应力以及基岩的应变。

另外，由于受压构件未与壳体机械式连接，即使壳体发生了形变，该形变也不会影响受压构件至少在轴向方向上的位移。

而且，因为两个受压面均设置在正交于壳体的中心轴方向的同一轴上，因此能够确实地检测出所受到的来自基岩的在设置了这两个受压面的轴向方向上的应力，以及该方向上的基岩的应变。

其结果是，能够实现在现有技术中不存在的可以在很长一段时间内连续、直接地检测出所受到的来自基岩的应力的绝对值的装置。

<本发明的第二方面>

在第二方面中，根据第一方面的应力和应变检测装置具备：

大致环状的连接构件，其连接到两个受压面上，并且在两个受压面受到应力时发生弹性形变。

由于连接构件根据受压面受到的应力而恢复至原来的形状，以及两个受压面之间的位移量也根据所受到的来自基岩的应力而发生变化，因此能够输出位移检测传感器的检测结果。

而且，由于连接构件是大致环状的，随着连接构件的弹性形变，没有任何不必要的应力被施加到位移检测传感器上，因此，连接构件的弹性形变不会给位移检测传感器的检测结果带来不利的影响。

<本发明的第三方面>

在第三方面中，根据第一或第二方面的应力和应变检测装置，在壳体上安装有多个受压构件，其中各个受压构件的受压面的轴向方向是不同的。

因此，各个受压构件能够独立地检测出所受到的来自基岩的在受压面的轴向方向上的应力以及该方向上的基岩的应变，能够基于多个方向上的观测来求出应力以及应变的张量分量。这样，该应力和应变检测装置能够观测与地震相关联的微小水平的应力以及应变的张量分量，从而对地震预测研究做出贡献。

<本发明的第四方面>

第四方面是，根据第一到第三方面的应力和应变检测装置，具备:

应力放大机构，其运用杠杆原理来连续地放大两个受压面所受到的来自基岩的应力，并通过位移检测传感器来检测由该应力放大机构所放大的杠杆末端的位移量。

其结果是，即使在两个受压面之间的位移量很小的情况下，由于通过应力放大机构放大了这个位移量，因此也能够确实地检测出受压面所受到的来自基岩的低水平的应力以及基岩的低水平的应变。

而且，当两个受压面之间的位移量变得非常大时，利用应力放大机构所具备的机械式复位系统，位移量也能够被机械式地恢复至位移检测传感器的测定范围内。

附图说明

图1（A）是根据本发明的一个实施例的应力和应变检测装置10的整体大致结构的立体示意图。图1（B）是用于说明应力和应变检测装置10的埋设/设置状态的说明图。

图2是应力和应变检测装置10的横向剖视图，用于说明应力水平分量检测单元30a~30c的安装状态，即图1（A）中的沿X-X线的剖视图。

图3用于说明应力水平分量检测单元30a~30c的概略结构的外观图，其中图3（A）是俯视图，图3（B）是主视图，而图3（C）是图3（A）的右视图（左视图）。

图4是应力和应变检测装置10的纵向剖视图，用于说明应力垂直分量检测单元40的安装状态，即图1（A）中的沿Y-Y线的剖视图。

图5是用于说明应力垂直分量检测单元40的概略结构的外观图，其中图5（A）是主视图，图5（B）是侧视图，而图5（C）是仰视图。

图6是用于说明应力水平分量检测单元30a~30b的受压面31、32所设置的轴α～γ的说明图。

图7是表示利用应力和应变检测装置10检测出的应力的测量记录的测量图。

图8是表示利用应力和应变检测装置10检测出的应变的测量记录的测量图。

图9是表示利用应力和应变检测装置10检测出的关于在关岛附近发生的地震的应力地震波形的测量记录的测量图。

具体实施方式

下面将参考附图来说明根据本发明的一个实施例的应力和应变检测装置（应力应变仪）10。另外，在应力和应变检测装置10中，针对同一结构部件使用相同的附图标记。

如图1（A）所示，应力和应变检测装置10包括壳体20、应力水平分量检测单元（受压构件）30a~30c、应力垂直分量检测单元40和通信电缆50。

通信电缆50从圆柱状壳体20的顶端延伸出来。

应力水平分量检测单元30a~30c以及应力垂直分量检测单元40连接至壳体20上，壳体20是液密的。

另外，壳体20的外直径约为10cm左右。

如图1（B）所示，应力和应变检测装置10被放置在相对地面垂直挖掘出的钻孔（钻出的圆孔）60内的底部附近，通过在应力和应变检测装置10的周围固定的具有膨胀性的灌浆61，将应力和应变检测装置10的壳体20相对于地下基岩垂直地埋设/设置，并与基岩形成为一体。

因此，应力和应变检测装置10的通信电缆50从地面上引出。

另外，首先在钻孔60内注入灌浆61，然后将应力和应变检测装置10沉降在灌浆61中，从而将应力和应变检测装置10埋设/设置在基岩中。

各应力水平分量检测单元（传感活塞）30a~30c均具有两个受压面31、32。

受压面31、32设置在正交于壳体20的中心轴（垂直轴）P的方向的同一轴（水平轴）α～γ上，且穿过壳体20的外周壁而露出。因此，受压面31、32是正交于各轴α～γ的平面。

应力垂直分量检测单元40具有一个受压面41，其设置在壳体20的中心轴上且穿过壳体20的底部而露出。

因此，各个受压面31、32、41分别承受到来自基岩的应力。

图2是沿图1（A）中的X-X线的剖视图。

图3（A）~（C）分别是应力水平分量检测单元30a~30c的俯视图、主视图和右视图（左视图）。

壳体20形成为具有均匀厚度的圆筒状，应力水平分量检测单元30a~30c安装在壳体20的内部。

三个应力水平分量检测单元30a~30c具有相同的结构，分别由基体部33、34，O型环35、框架部（连接构件）36、应力放大装置（应力放大机构）37和位移检测传感器38构成。

具有相同结构的基体部33、34分别具备本体部33a、34a以及安装部33b、34b。

正对圆柱状的本体部33a、34a的顶面分别是受压面31、32。

受压面31、32形成为大致平坦的，或者，可以在受压面31、32上穿设出用于固定工具的孔（未示出）等，该工具用于将应力水平检测单元30a~30c安装在壳体20上。

本体部33a、34a插入至贯穿于壳体20的外周壁所形成的圆形安装孔20a、20b中。

本体部33a、34a的外径与安装孔20a、20b的内径大致相同，本体部33a、34a的长度与壳体20的厚度大致相同。

围绕本体部33a、34a的外周壁沿圆周方向缠绕固定了多个（图示例中为2个）间隔开布置的O型环35。

因此，本体部33a、34a能够在相对于壳体20的安装孔20a、20b的水平方向（轴α～γ的方向）上液密式滑动。

在本体部33a、34a的与受压面31、32相反一侧的顶面上设置了圆柱状的安装部33b、34b。

大致环状（大致圆筒状）的框架部36夹在安装部33b、34b之间，其中框架部36与基体部33、34一体式形成。

另外，壳体20、基体部33、34，框架部36由刚性高且耐腐蚀性优良的金属材料（例如不锈钢等）制成。

应力放大装置37具有与专利文献1（日本特开5-87563号公报）所公开的应变放大机构相同的结构，具备基板37a、应力作用部37b和固定部37c。

应力作用部37b以及固定部37c设置在基板37a的两个端部处，在基板37a上安装了位移检测传感器38。

应力作用部37b通过框架部36固定地连接在基体部33上。

固定部37c通过框架部36固定地连接在基体部34上。

另外，基板37a与专利文献1的“基板1”相同，应力作用部37b与专利文献1的“应变作用部2”相同，固定部37c与专利文献1的“固定部3”相同，位移检测传感器38与专利文献1的“位移检测传感器9”相同。

而且，在基板37a中也形成有与专利文献1的“切槽部4”以及“杠杆5~7”相同的部件，但图中未示出。

图4是沿图1（A）中的Y-Y线的剖视图。

图5（A）~（C）分别是应力垂直分量检测单元40的主视图、侧视图、仰视图。

在应力垂直分量检测单元40中，与应力水平分量检测单元30a~30c的不同处为以下几点。

（I）正对基体部33的本体部33a的顶面部分是受压面41。

（II）本体部33a的外径与壳体20的内径大致相同。本体部33a插入壳体20的底部，能够相对壳体20在垂直方向（中心轴P的方向）上液密式滑动。

（III）在基体部34的本体部34a上未设置O型环，本体部34a安装固定在壳体20上。

<实施例的作用、效果>

根据本实施例的应力和应变检测装置10起到以下的作用和效果。

（1）应力和应变检测装置10可在很长一段时间内连续检测出所受到的来自基岩的应力以及基岩的应变的水平分量以及垂直分量的变化。即，应力和应变检测装置10可利用应力水平分量检测单元30a~30c检测出作用在基岩上的应力以及基岩的应变的水平分量，并利用应力垂直分量检测单元40检测出作用在基岩上的应力以及基岩的应变的垂直分量。

此时，虽然基岩的应变的检测水平随着基岩的性质发生变化，但是所受到的来自基岩的应力与基岩的性质基本上是没有关系的，因此，应力和应变检测装置10能够与基岩的性质无关地检测所受到的来自基岩的应力。

其结果是，根据应力和应变检测装置10，能够实现在现有技术中不存在的能够在很长一段时间内连续、直接地检测出所受到的来自基岩的应力的绝对值的装置。

各检测单元30a~30c、40的位移检测传感器38将所受到的来自基岩的应力以及基岩的应变的检测结果转换为电信号或光信号，通过通信电缆50向设置在地面上的数据记录器（图中未示出）发送该信号。

另外，位移检测传感器38的检测结果也可存储在内置于应力和应变检测装置10中的存储装置（图中未示出）、例如半导体存储器等中。

（2）各应力水平分量检测单元30a~30c构造成在所受到的来自基岩的应力施加在受压面31、32上时，基体部33、34的本体部33a、34a会相对于壳体20的安装孔20a、20b滑动，因此，在基体部33、34中，应力放大装置37的应力作用部37b和固定部37c之间的沿着各轴α～γ的距离会发生变化。

另外，当所受到的来自基岩的应力增大时，基体部33、34朝向壳体20的中心轴P的方向移动，当所受到的来自基岩的应力减小时，基体部33、34朝向离开壳体20的中心轴P的方向移动。

安装在应力放大装置37的基板37a上的位移检测传感器38，通过检测出应力作用部37b和固定部37c之间的位移量来检测受压面31、32之间的位移量，基于这个位移量而检测出作用在基岩上的应力以及基岩的应变的水平分量。

另外，受压面31、32之间的位移量处于数微米的范围内。

这里，应力水平分量检测单元30a~30c的结构部件（基体部33、34，O型环35、框架部36、应力放大机构37、位移检测传感器38）并未相对于壳体20进行固定，这些结构部件的运动未受到来自壳体20的任何影响。

也就是说，应力水平分量检测单元30a~30c没有机械式（动态）地连接到壳体20上。

换言之，所谓应力水平分量检测单元30a~30c没有机械式地连接到壳体20上指的是，即使壳体20发生了形变，该形变至少没有给应力水平分量检测单元30a~30c在轴α~γ方向上的位移带来任何影响。

因此，当壳体20根据所受到的来自基岩的应力以及基岩的应变发生了形变时，由于应力水平分量检测单元30a~30c没有被机械式地连接到壳体20上，因此受压面31、32之间的位移量不会受到壳体20的形变的影响。

因此，应力水平分量检测单元30a~30c能够基于受压面31、32之间的位移量准确地检测出受压面31、32所受到的来自基岩的应力以及基岩的应变。

而且，由于两个受压面31、32设置在正交于壳体20的中心轴P的方向的同一轴（水平轴）α～γ上，并且穿过壳体20的外周壁而露出，应力和应变检测装置10能够确实地检测出所受到的在轴α~γ方向上的来自基岩的应力以及在该方向上的基岩的应变。

（3）各应力水平分量检测单元30a~30c的框架部36通过基体部33、34连接在受压面31、32上，在受压面31、32受到来自基岩的进一步应力时，框架部36发生弹性形变，并且在受压面31、32所受到的应力被释放时恢复到原始形状。

因此，在框架部36恢复至原始形状时，受压面31、32之间的位移量也恢复至在受压面31、32受到来自基岩的进一步应力以前的状态下的位移量。

这样，由于应力和应变检测装置10的周边表面通过膨胀性灌浆71而与基岩固定成一体（参考图1（B）），因此在应力和应变检测装置10的埋设/设置状态中，各应力水平分量检测单元30a~30c的框架部36已经发生了形变，从各位移检测传感器38输出的不为零的信号电平反映了初始应力。

而且，由于框架部36大体是环状的，框架部36的弹性形变所产生的不希望有的应力不会施加给位移检测传感器38，因此，框架部36的弹性形变不可能给位移检测传感器38的检测结果带来不利的影响。

因此，由于框架部36与基体部33、34形成一体，应力水平分量检测单元30a~30c的整体强度能够得到提高。

（4）在壳体20中设有三个应力水平分量检测单元30a~30c，应力水平分量检测单元30a~30c的受压面31、32的轴α～γ方向是不同的。

即，如图1和图6所示，方向不同的轴（水平轴）α～γ在壳体20的中心处相交，并且轴α~γ分别相互旋转120°。

因此，应力水平分量检测单元30a~30c能够分别单独地检测出所受到的轴α～γ的方向上的来自基岩的应力以及这些方向上的基岩的应变，能够基于多个方向的观测求得应力以及应变的张量分量。根据这个，应力和应变检测装置10能够用于与地震相关联的微小水平的应力以及应变的张量分量的观测，从而对地震预报的研究作出贡献。

（5）各应力水平分量检测单元30a~30c的应力放大装置37运用杠杆原理连续地放大受压面31、32所受到的来自基岩的应力。另外，因为关于应力放大装置37的操作已在专利文献1中有详细描述，在此省略对其的说明。

位移检测传感器38通过检测出应力放大装置37所放大的上述杠杆末端的位移量来检测出受压面31、32之间的位移量，并基于该位移量以检测出所受到的来自基岩的应力以及基岩的应变。

其结果是，即使在受压面31、32之间的位移量很小的情况下，由于通过应力放大装置37放大了该位移量，因此也能够确实地检测出受压面31、32所受到的低水平的来自基岩的应力以及基岩的应变。

而且，在受压面31、32之间的位移量变得非常大的情况下，通过应力放大装置37所具有的机械式复位系统，位移量能够机械式地恢复到位移检测传感器38的测量范围内。

（6）在应力垂直分量检测单元40中，当所受到的基岩的应力施加在受压面41时，基体部33的本体部33a相对壳体20的内周壁滑动，并且基体部33沿着壳体20的中心轴P移动，结果，应力放大装置37中的应力作用部37b和固定部37c之间的距离发生了变化。

位移检测传感器38连接到应力放大装置37的基板37a上，通过检测出应力作用部37b和固定部37c之间的位移量来检测出受压面41和本体部34a之间的位移量，并且基于该位移量检测出作用在基岩上的应力以及基岩的应变的垂直分量。

在这里，应力垂直分量检测单元40的本体部34a固定在壳体20上，本体部34a具有足够的厚度和硬度，并且具有高的刚性。

因此，当壳体20因所受到的来自基岩应力以及基岩的应变发生形变时，由于本体部34a的高的刚性，壳体20的形变几乎不会对受压面41和本体部34a之间的位移量带来影响。

因此，应力垂直分量检测单元40能够基于受压面41和本体部34a之间的位移量来准确地检测出受压面41所受到的来自基岩的应力以及基岩的应变。

（7）应力垂直分量检测单元40的框架部36通过基体部33连接到受压面41上，通过安装部34b连接到本体部34a，在受压面41受到来自基岩的进一步应力时发生弹性形变，在受压面41所受到的应力被释放时恢复到原始形状。

因此，在框架部36恢复至原始的形状时，受压面41和本体部34a之间的位移量也恢复至在受压面受到来自基岩的进一步应力之前的状态。

这里，由于应力和应变检测装置10的周边表面通过膨胀性的灌浆61与基岩形成为一体（参考图1（B）），在应力和应变检测装置10的埋设/设置状态中，应力垂直分量检测单元40的框架部36已经发生了弹性形变，来自位移检测传感器38输出的不为零的信号水平反映了初始应力。

（8）应力垂直分量检测单元40的应力放大装置37运用杠杆原理对受压面所受到的来自基岩的应力进行连续地放大。

位移检测传感器38通过检测出应力放大装置37所放大的上述杠杆末端的位移量来检测出受压面41和本体部34a之间的位移量，并基于该位移量检测出所受到的来自基岩的应力及基岩的应变。

其结果是，即使在受压面41和本体部34a之间的位移量很小的情况下，由于通过应力放大装置37放大了该位移量，也能够确实地检测出受压面31、32所受到的低水平的来自基岩的应力以及基岩的应变。

而且，在受压面41和本体部34a之间的位移量变得非常大的情况下，通过应力放大装置37所具有的机械式复位系统，位移量能够机械式地恢复至位移检测传感器38的测量范围内。

（9）图7所示的是利用应力和应变检测装置10检测出的应力测量记录的测量图。

图8所示的是利用应力和应变检测装置10检测出的应变测量记录的测量图。

图9表示利用应力和应变检测装置10检测出的关岛附近发生的地震应力地震波形的测量记录的测量图。

在图7~图9所示的测量例子中，应力和应变检测装置10埋设/设置在瑞浪市的地下200m处。

图7~图9中的“N220E”、“N100E”、“N340E”分别表示应力水平分量检测单元30a~30c的方向，表示相对于北而言的顺时针“220°”、“100°”、“340°”方向的水平分量。

图7~图9中的“Vertical”是应力垂直分量检测单元40的检测结果。

图7、图8中的“Temp”是内置于应力和应变检测装置10的温度计（图中未示出）的检测结果。

图7、图8中的“Atmo.Press.”是大气压的检测结果。

图7、图8中的“Water.Press.”是设置在埋设/设置有应力和应变检测装置10的同一钻孔60内的水压计（图中未示出）的检测结果。

根据图7、图8，清楚地测出了由于月亮和太阳的引力引发的地球潮汐以及海洋潮汐所导致的地壳应力以及地壳应变的日变化，该测量记录表明，利用应力和应变检测装置10能够进一步高灵敏度地检测出所受到的来自基岩的应力以及基岩的应变。

而且，根据在图7中来自基岩所受到的应力以及根据在图8中基岩的应变，可以分别看出东海道南方冲地震和骏河湾地震的变化。

但是，由于图7、图8中的时间轴的压缩，没有看见地震波的波形。

另一方面，因为在图9中的时间轴的延长，可以清楚看出仅是应力地震波形。

因此，根据图7-9，可以检测出由于远处地震所受到的来自基岩的应力和基岩的应变的变化。

虽然在图9和说明书中没有示出，但是多个观测结果清楚地显示出，应力和应变检测装置10具有足够的灵敏度以检测出发生在世界上任何地方的里氏6.5级以上的地震。

（10）各检测单元30a~30c，40的位移检测传感器38将所受到的来自基岩的应力以及基岩的应变的检测结果转换为电信号或光信号。

因此，通过以下测试方法，基于预先求得的针对所受到来自基岩的应力以及基岩的应变的变化的位移检测传感器38的电信号或光信号的信号电平的变化特性，能够得到信号电平和应力之间的准确特性，并同时得到信号电平和应变之间的准确特性。

因此，根据以下的测试方法，应力和应变检测装置10能够连续地检测到其被埋设/设置的地点处的应力和应变的绝对值。

（a）压力测试：将应力和应变检测装置10设置在水压可变的容器中并针对容器内的水压的变化来测量位移检测传感器38的信号电平的变化特性的测试方法。

（b）负载测试：在受压面31、32、41上施加来自负载检测器的负载并针对该负载的变化来测量位移检测传感器38的信号电平的变化特性的测试方法。

（c）应变测试：使作用在受压面31、32、41的位移发生变化并对该位移变化来测量位移检测传感器38的信号电平的变化特性的测试方法。

<其他的实施例>

本发明并不限于上述实施例中，也可体现为以下具体化，即使在这种情况下，也能够起到和上述实施例中的相同的作用、效果。

（1）壳体20并不限于是圆柱状，只要是柱状的形状，其可具有任何的形状。

（2）应力水平分量检测单元30a~30c并不限于是三个，设置为两个以下或四个以上也可以，各个应力水平分量检测单元的受压面31、32的轴方向可以根据需要任意设定。

而且，可以在相对中心轴P的方向为倾斜的方向上设置与应力水平分量检测单元30a~30c同样结构的单元，因此能够检测出所受到的来自基岩的应力以及基岩的应变的倾斜分量。

因此，根据检测出的水平、垂直及倾斜分量，能够求得应力及应变的三维分量。

（3）在应力放大装置37在具有足够强度的情况下，框架部36可以省掉。

（4）在应力和应变检测装置10埋设/设置在所受到的来自基岩的应力及基岩的应变的变化较大的地方的情况下，应力放大装置37也可以省掉。

（5）在上述实施例中，应力和应变检测装置10放置在垂直于地面而挖掘的钻孔60内。

或者，应力和应变检测装置10可设置在沿相对地面倾斜的方向挖掘的钻孔60内，应力和应变检测装置10的壳体20可埋设/设置在沿着在地里挖掘出来的钻孔60而与基岩形成一体。

（6）在地下深处的建筑施工、隧道施工和矿山作业等中，可能发生与人的生命相关的山体塌方等灾害，需要对这些灾害发生进行预测，以减轻这些灾害。

因此，应力和应变检测装置10不仅可以用于地震预测的研究，还可以用于对在上述施工和作业中的安全确认和异常变化的预测。

本发明没有对上述各方面以及上述实施例的说明进行任何限定。不脱离权利要求范围的记载，本领域技术人员容易想到的范围内进行各种变形的也包含在本发明中。在本说明书中明确示出的论文，公开特许公报，特许公报等的内容，所述全部内容通过引用并入本文。

附图标记说明

10应力和应变检测装置

20壳体

31、32、41受压面

30a~30c应力水平分量检测单元（受压部件）

40应力垂直分量检测单元

38位移检测传感器

36框架部（连接部件）

37应力放大装置（应力放大机构）

60钻孔

Claims (4)

1.应力和应变检测装置，具备：

柱状的壳体，其被埋设/设置在基岩中；

受压构件，其具有用于检测所受到的来自所述基岩的应力以及所述基岩的应变的两个受压面，所述两个受压面均设置在正交于所述壳体的轴向方向的同一轴上，从所述壳体的外周壁露出，并且所述受压构件未与所述壳体机械式连接，所述受压构件能够相对于所述壳体以液密状态在垂直方向和水平方向上滑动；

位移检测传感器，其根据所述两个受压面之间的位移量检测出所受到的来自所述基岩的应力以及所述基岩的应变；

大致环状的连接构件，其连接到所述两个受压面上，并且在所述两个受压面受到应力时发生弹性形变；

所述受压构件与所述连接构件形成为一体。

2.根据权利要求1所述的应力和应变检测装置，其特征在于，

在所述壳体上安装有多个所述受压构件，其中各个受压构件的受压面的轴向方向是不同的。

3.根据权利要求1所述的应力和应变检测装置，其特征在于，具备：

应力放大机构，其运用杠杆原理来连续地放大所述两个受压面所受到的来自基岩的应力，并通过所述位移检测传感器来检测出由该应力放大机构所放大的所述杠杆末端的位移量。

4.根据权利要求1所述的应力和应变检测装置，其特征在于，

所述受压构件具有与所述壳体厚度大致相等的长度的圆筒状构件，并且所述圆筒状构件的端面形成了所述受压面。