CN104963682B - 双模挤胶式动压测试应变计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及动压测试装置技术领域，具体讲是一种双模挤胶式动压测试应变计,适用于岩土及矿山中基于应变解算的动压测试。本体包括测量线路以及依序连接的孔口端盖、包体基管、孔底端盖、容胶管，孔口端盖和孔底端盖均设有依序连通的进液孔、导液孔、设于外表面的环形导液槽，围绕导液槽覆盖液胀囊，孔口端盖的外表面设有封堵环，孔口端盖的进液孔与孔底端盖的进液孔通过穿过包体基管的液管相互连通，该液管套设有可膨胀的管套；包体基管设有与容胶腔连通的出胶孔；容胶管右端可滑动套接活塞管。本发明密封好，应变计与被测钻孔较易同轴，从而使得应变测量数据的可靠性与有效性得以提高，安装成活率提高。

Description

双模挤胶式动压测试应变计

技术领域

本发明涉及动压测试装置技术领域，具体讲是一种双模挤胶式动压测试应变计,适用于岩土及矿山中基于应变解算的动压测试。

背景技术

岩土隧硐及采掘开挖工程中，二次扰动应力变化是开展支护设计与岩爆、冲击矿压前兆监控的关键指标。

传统的采掘动压测试装置由油压式、振弦式和应变式之分，它们安装中均不能与钻孔孔壁密贴，安装不便且成功率低。亦有将空心包体应变计用于动压测试的，但传统包体应变计采用活塞挤压与橡胶环摩擦封孔，橡胶环会被孔壁刮擦失去密封功能，同时应变计与被测钻孔较难同轴。因此，以包体式应变计原理开展动压测试需要对原有安装结构进行改进。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种密封好，同时应变计与被测钻孔较易同轴的双模挤胶式动压测试应变计，从而使得应变测量数据的可靠性与有效性得以提高，安装成活率提高。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种双模挤胶式动压测试应变计，它包括本体和用于推送本体的安装杆，本体包括测量线路以及依序连接的孔口端盖、包体基管、孔底端盖、容胶管，孔口端盖和孔底端盖均设有依序连通的进液孔、导液孔、设于外表面的环形导液槽，围绕导液槽覆盖具有弹性的液胀囊，液胀囊的两端密封固定在所述外表面上以使液胀囊与导液槽形成密封膨胀腔，孔口端盖的外表面设有封堵环，封堵环位于孔口端盖的液胀囊的左侧，孔口端盖的进液孔与孔底端盖的进液孔通过穿过包体基管的液管相互连通，该液管套设有可膨胀的管套，管套两端分别与液管外表面密封连接，液管设有通孔以供液体介质进入管套与液管外表面之间；孔口端盖的右端、孔底端盖的左端、管套、包体基管围合形成容胶腔，该容胶腔与容胶管通过设于孔底端盖的导胶通孔连通，容胶腔、导胶通孔、容胶管均充满胶，包体基管设有与容胶腔连通的出胶孔，出胶孔的出口位于包体基管的外表面；容胶管右端可滑动套接有一用于挤压容胶管内的胶向容胶腔运动的活塞杆。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明将液体介质作为泵压介质，比如将水作为泵压介质，全程封闭，通过液胀囊封孔定位，使应变计与被测钻孔较易同轴，以管套受水胀挤压实现树脂胶体的灌封，可避免现有技术的封堵环封孔因孔壁磨损造成的灌封不严及胶体流失现象，亦可对部分孔壁裂隙实现封堵，安装成功率及定位精度大幅提高，测量可靠性更高，可广泛用于矿山及隧道工程中基于应变解算的动压量测；总之，本发明具有密封好，同时应变计与被测钻孔较易同轴的优点，从而使得应变测量数据的可靠性与有效性得以提高，安装成活率提高。

作为改进，测量线路包括周向均布灌封在包体基管外环面的三组四片装应变花以及埋设在孔口端盖的尾腔内的同灵敏系数的温度补偿及调零应变花，各应变花分别与十五芯屏蔽线电连接，十五芯屏蔽线经设于孔口端盖的第一电缆孔拉出在外，这样，可实现单应变仪同周期的多孔测量。

作为改进，安装杆包括杆连接套、与孔口端盖的左侧部分可拆式连接的本体连接套，杆连接套内部和本体连接套内部均设有第二电缆孔和液管孔，所述的本体连接套内部还设有横向对开的贯通液管孔的固管螺孔，固管螺孔内设有用于固定与进液孔插接的注液管的固管螺钉，本体连接套右端设有用于推送本体的定向槽，孔口端盖的左侧部分设有与定向槽滑动配合的定向销钉，定向销钉位于封堵环的左侧，这样，安装中十五芯屏蔽线与注液管均保护在安装杆内，避免了安装中孔壁对二者的刮擦，设置了固管螺钉，确保了注液管随本体连接套的可靠退出。

作为改进，所述的孔口端盖的进液孔为进液通孔，孔底端盖的进液孔为进液盲孔，进液通孔两端分别螺纹连接两根铜管，记为左铜管和右铜管，右铜管为所述的液管，所述的左铜管的左侧部分与注液管插接，所述的右铜管的右侧部分与进液盲孔螺纹连接，孔口端盖的外环面自左向右依序设有均为环形的封堵环槽、第一捆扎槽、导液槽、第二捆扎槽，以横向导液孔连通进液通孔和导液槽，在孔口端盖的邻接第一电缆孔右端的部分周向均布有三个穿线孔，这样，结构紧凑简单可靠，成本低。

作为改进，所述的包体基管两端加工成分别与孔口端盖和孔底端盖配合的台阶，包体基管为固定管径的无缝钢管或铝合金管或铜管或环氧树脂管或PE管或PVC管，这样，选用无缝钢管、厚壁铝管、铜管形成硬包体，亦可选用环氧树脂管、PE管、PVC管形成软包体，能够将基管尺寸及力学参数均参与应力反演，从而实现绝对应力量测。

作为改进，孔底端盖的外环面自左向右依次设有均为环形的第三捆扎槽、导液槽、第四捆扎槽，这样，结构紧凑简单可靠，成本低。

作为改进，液胀囊为丁基胶管，管套为壁厚大于两毫米的硅胶管，这样组合，管套为壁厚大于两毫米的硅胶管能够为液胀囊的起胀提供背压，比如在水压作用下丁基胶管先行起胀封孔并定位，然后水压进一步上升使管套再起胀以对包体基管和被测钻孔之间的间隙进行高压灌胶。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是图1中Ⅰ-Ⅰ向剖面图；

图3是图1中Ⅱ-Ⅱ向剖面图；

图4是孔口端盖的结构示意图；

图5是孔底端盖的结构示意图；

图6是液管的结构示意图；

图7是塞入被测钻孔阶段示意图；

图8是活塞杆挤压容胶管内的胶，使部分胶从出胶孔流入本体和被测钻孔的孔壁之间的间隙，位于封堵环右侧的部分中的示意图；

图9是在泵入水后液胀囊先行起胀封孔并定位，然后水压进一步上升，使管套再起胀以对包体基管和被测钻孔之间的间隙进行高压灌胶示意图；

图中所示，1、安装杆，2、孔口端盖，3、包体基管，4、孔底端盖，5、容胶管，7、导液孔，8、导液槽，9、液胀囊，10、封堵环，11、液管，12、管套，13、通孔，14、容胶腔，15、导胶通孔，16、出胶孔，17、活塞杆，18、四片装应变花，19、尾腔，20、温度补偿及调零应变花，21、十五芯屏蔽线，22、第一电缆孔，23、注液管，24、杆连接套，25、本体连接套，26、第二电缆孔，27、液管孔，28、固管螺孔，29、固管螺钉，30、定向槽， 31、定向销钉，32、进液通孔，33、进液盲孔，34、左铜管，36、封堵环槽，37、第一捆扎槽，39、第二捆扎槽，40、穿线孔，41、第三捆扎槽，42、第四捆扎槽，43、前腔，44、灌封树脂，45、胶，46、被测钻孔，47、可剪销，48、导向头，49、铁箍丝，50、应变花线组。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

本实施例给出的双模挤胶式动压测试应变计，它包括本体和用于推送本体的安装杆1，本体包括测量线路以及依序连接的孔口端盖2、包体基管3、孔底端盖4、容胶管5，孔口端盖2和孔底端盖4均设有依序连通的进液孔、导液孔7、设于外表面的环形导液槽8，围绕导液槽8覆盖具有弹性的液胀囊9，液胀囊9的两端密封固定在所述外表面上以使液胀囊9与导液槽8形成密封膨胀腔，孔口端盖2的外表面设有封堵环10，封堵环10位于孔口端盖2的液胀囊9的左侧，孔口端盖2的进液孔与孔底端盖4的进液孔通过穿过包体基管3的液管11相互连通，该液管11套设有可膨胀的管套12，管套12两端分别与液管11外表面密封连接，液管11设有通孔13以供液体介质进入管套12与液管11外表面之间；孔口端盖2的右端、孔底端盖4的左端、管套12、包体基管3围合形成容胶腔14，该容胶腔14与容胶管5通过设于孔底端盖4的导胶通孔15连通，容胶腔14、导胶通孔15、容胶管5均充满胶45，包体基管3设有与容胶腔14连通的出胶孔16，出胶孔16的出口位于包体基管3的外表面；容胶管5右端可滑动套接有一用于挤压容胶管5内的胶45向容胶腔14运动的活塞杆17。

封堵环10采用橡胶环。

测量线路包括周向均布在包体基管3外环面并用灌封树脂44灌封在包体基管3外环面的三组四片装应变花18以及埋设在孔口端盖2的尾腔19内的同灵敏系数的温度补偿及调零应变花20，尾腔19内注入灌封树脂44，同样，前腔43也注入灌封树脂44，均起到固定及密封作用，各应变花分别与十五芯屏蔽线21电连接，十五芯屏蔽线21经设于孔口端盖2的第一电缆孔22拉出在外。

安装杆1包括杆连接套24、与孔口端盖2的左侧部分可拆式连接的本体连接套25，杆连接套24内部和本体连接套25内部均设有第二电缆孔26和液管孔27，所述的本体连接套25内部还设有横向对开的贯通液管孔27的固管螺孔28，固管螺孔28内设有用于固定与进液孔插接的注液管23的固管螺钉29，本体连接套25右端设有用于推送本体的定向槽30，孔口端盖2的左侧部分设有与定向槽30滑动配合的定向销钉31，定向销钉31位于封堵环10的左侧。

所述的孔口端盖2的进液孔为进液通孔32，孔底端盖4的进液孔为进液盲孔33，进液通孔32两端分别螺纹连接两根铜管，记为左铜管34和右铜管，右铜管为所述的液管11，所述的左铜管34的左侧部分与注液管23插接，所述的右铜管的右侧部分与进液盲孔33螺纹连接，孔口端盖2的外环面自左向右依序设有均为环形的封堵环槽36、第一捆扎槽37、导液槽8、第二捆扎槽39，以横向导液孔7连通进液通孔32和导液槽8，在孔口端盖2的邻接第一电缆孔22右端的部分周向均布有三个穿线孔40，穿线孔40内穿设应变花线组50。

所述的包体基管3两端加工成分别与孔口端盖2和孔底端盖4配合的台阶，该配合为紧配合，包体基管3为固定管径的无缝钢管或铝合金管或铜管或环氧树脂管或PE管或PVC管。

孔底端盖4的外环面自左向右依次设有均为环形的第三捆扎槽41、导液槽8、第四捆扎槽42。

液胀囊9为丁基胶管，管套12为壁厚大于两毫米的硅胶管。

各部件按照图示特征加工成螺纹、台肩或导槽、通孔或盲孔，并预先按照图1将本体组装完毕，安装杆1由薄壁不锈钢管切割而成，杆连接套24、本体连接套25采用无缝钢管加工而得，孔口端盖2、孔底端盖4采用铝合金棒加工，左铜管34、右铜管均以毛细铜管加工，其余零件均为标准件。

如图1所示，本发明的本体组装时，将焊接好总计十四片应变片的连线结构并预先以灌封树脂44灌封并硬化，灌封树脂44采用环氧树脂，硬化后的树脂层可以设置与出胶孔16连通的环形出胶槽来实现均匀向间隙中灌胶目的；送入孔内安装前，需要以新鲜树脂灌满容胶腔14、导胶通孔15、容胶管5，并以铝丝或牙签作为可剪销47插入销孔。

如图1所示，本发明的本体组装时，分别以铁砸丝49捆扎封闭液胀囊9和管套12来封闭泵压水路；

如图1所示，各连接铜管螺纹段需要涂抹密封胶或缠绕密封带以保证手摇泵的压力水不泄漏，以免影响胶体固化，同时液胀囊9和管套12起胀后内存的压力水，可吸收为待灌空间内的胶体硬化反应热，避免应变片受热破坏或硬化裂纹发生。

如图1，安装本体时以安装杆1与定向槽30、定向销钉31来调整三组四片装应变花18在孔内的旋转角度并记录，作为应变解算的坐标参量之一。

如图7至9，为简化示意，简化了附图标记，本发明应变计安装前，安装岩体位置预先钻制内径大于本体外径4-6mm的钻孔，安装时各部件连接完毕后经活塞杆17的导向头48导向送入孔底，推压安装杆，活塞杆17压缩容胶管5内的胶45，将容胶管5内的胶45挤入容胶腔14，容胶腔14内的部分胶45从出胶孔流入本体和被测钻孔48的孔壁之间的间隙位于封堵环右侧的部分中，之后以带压力指示的手摇泵泵入压力水，首先起胀液胀囊9，实现封孔和应变计轴心定位，随压力上升管套12被起胀为管膜挤压容胶腔14内的另一部分胶45进入待灌空隙，提供灌封压力至显示泵压达到要求值即停止泵水，待胶45完全硬化后可抽拉安装杆1退出，进而可开展应变量测。

与现有传统技术比，本实施例给出的双模挤胶式动压测试应变计具有如下优点：

1．由于设置了手摇泵的泵膜挤胶线路，可实现有压封孔和有压灌注，即解决了本体推送中的橡胶环磨损不能可靠密闭问题，有解决了本体灌封时不能与被测钻孔48同轴难题。

2．设计的包体基管3可根据岩体岩性软硬选用环氧树脂管、PE管、PVC管形成软包解算体系，也可选用无缝钢管、铝合金管形成硬包解算体系，基管尺寸及力学参数均参与应力反演，可实现绝对应力量测。

3．测量线路为十四片十五线结构，单独有用于通道调零平衡的记忆应变片，预埋在尾腔19内使其与测量应变片同温，线路调零时与温度片互为温补，测量精度更高，实现了单台应变仪的多点量测。

4．安装时十五芯屏蔽线21与注液管23依次穿入安装杆1内，避免了孔壁对二者的刮擦，设置了固管螺钉29，确保注液管23随本体连接套25的可靠退出。

5．各部件加工方便，材料来源广泛，造价低廉，安装可靠度及精度大为提高。

本文中所描述具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种双模挤胶式动压测试应变计，它包括本体和用于推送本体的安装杆（1），本体包括测量线路以及依序连接的孔口端盖（2）、包体基管（3）、孔底端盖（4）、容胶管（5），其特征在于，孔口端盖（2）和孔底端盖（4）均设有依序连通的进液孔、导液孔（7）、设于外表面的环形导液槽（8），围绕导液槽（8）覆盖具有弹性的液胀囊（9），液胀囊（9）的两端密封固定在所述外表面上以使液胀囊（9）与导液槽（8）形成密封膨胀腔，孔口端盖（2）的外表面设有封堵环（10），封堵环（10）位于孔口端盖（2）的液胀囊（9）的左侧，孔口端盖（2）的进液孔与孔底端盖（4）的进液孔通过穿过包体基管（3）的液管（11）相互连通，该液管（11）套设有可膨胀的管套（12），管套（12）两端分别与液管（11）外表面密封连接，液管（11）设有通孔（13）以供液体介质进入管套（12）与液管（11）外表面之间；孔口端盖（2）的右端、孔底端盖（4）的左端、管套（12）、包体基管（3）围合形成容胶腔（14），该容胶腔（14）与容胶管（5）通过设于孔底端盖（4）的导胶通孔（15）连通，容胶腔（14）、导胶通孔（15）、容胶管（5）均充满胶（45），包体基管（3）设有与容胶腔（14）连通的出胶孔（16），出胶孔（16）的出口位于包体基管（3）的外表面；容胶管（5）右端可滑动套接有一用于挤压容胶管（5）内的胶（45）向容胶腔（14）运动的活塞杆（17）。

2.根据权利要求1所述的双模挤胶式动压测试应变计，其特征在于，测量线路包括周向均布灌封在包体基管（3）外环面的三组四片装应变花（18）以及埋设在孔口端盖（2）的尾腔（19）内的同灵敏系数的温度补偿及调零应变花（20），各应变花分别与十五芯屏蔽线（21）电连接，十五芯屏蔽线（21）经设于孔口端盖（2）的第一电缆孔（22）拉出在外。

3.根据权利要求1所述的双模挤胶式动压测试应变计，其特征在于，安装杆（1）包括杆连接套（24）、与孔口端盖（2）的左侧部分可拆式连接的本体连接套（25），杆连接套（24）内部和本体连接套（25）内部均设有第二电缆孔（26）和液管孔（27），所述的本体连接套（25）内部还设有横向对开的贯通液管孔（27）的固管螺孔（28），固管螺孔（28）内设有用于固定与进液孔插接的注液管（23）的固管螺钉（29），本体连接套（25）右端设有用于推送本体的定向槽（30），孔口端盖（2）的左侧部分设有与定向槽（30）滑动配合的定向销钉（31），定向销钉（31）位于封堵环（10）的左侧。

4.根据权利要求1所述的双模挤胶式动压测试应变计，其特征在于，所述的孔口端盖（2）的进液孔为进液通孔（32），孔底端盖（4）的进液孔为进液盲孔（33），进液通孔（32）两端分别螺纹连接两根铜管，记为左铜管（34）和右铜管，右铜管为所述的液管（11），所述的左铜管（34）的左侧部分与注液管（23）插接，所述的右铜管的右侧部分与进液盲孔（33）螺纹连接，孔口端盖（2）的外环面自左向右依序设有均为环形的封堵环槽（36）、第一捆扎槽（37）、导液槽（8）、第二捆扎槽（39），以横向导液孔（7）连通进液通孔（32）和导液槽（8），在孔口端盖（2）的邻接第一电缆孔（22）右端的部分周向均布有三个穿线孔（40）。

5.根据权利要求1所述的双模挤胶式动压测试应变计，其特征在于，所述的包体基管（3）两端加工成分别与孔口端盖（2）和孔底端盖（4）配合的台阶，包体基管（3）为固定管径的无缝钢管或铝合金管或铜管或环氧树脂管或PE管或PVC管。

6.根据权利要求1所述的双模挤胶式动压测试应变计，其特征在于，孔底端盖（4）的外环面自左向右依次设有均为环形的第三捆扎槽（41）、导液槽（8）、第四捆扎槽（42）。

7.根据权利要求1所述的双模挤胶式动压测试应变计，其特征在于，液胀囊（9）为丁基胶管，管套（12）为壁厚大于两毫米的硅胶管。