CN105507895A - 一种岩体裂隙探测传感器及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种岩体裂隙探测传感器及使用方法，装置包括支撑管、封隔器、介质传感器和导线，沿着支撑管的轴线方向上间隔布置有与支撑管内部相连通的封隔器，每两个封隔器之间的支撑管管壁上设置有介质传感器；每个介质传感通过单独的导线与信号接收器相连。本发明可以对尚未揭露的岩体中的是否存在联通裂隙，或结构面、裂隙的空间分布及连通性进行探测并获取定量结果，可为岩体工程设计施工提供基础数据，提高工程的可靠度。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程领域，特别是一种岩体裂隙探测传感器及使用方法。
背景技术
随着我国基础设施建设的快速发展，公路铁路隧道、煤矿巷道、地铁、水电硐室等修建越来越广泛，而上述工程多建设在岩体之中。岩体的结构面、缝隙、裂隙将工程岩体切割，使得工程岩体整体性降低，工程稳定性也随之降低，对工程稳定及安全具有重要影响。对岩体裂隙进行准确探测对于工程设计、施工、运营等具有重要意义。
如在隧道、巷道、水电硐室、边坡等支护设计中都需要掌握围岩的裂隙发育程度，才能进行围岩分类和准确的设计；在很多数值计算软件中都需要设定围岩裂隙发育参数，才能进行准确模拟。而目前对岩体裂隙参数的获取一般是通过已揭露的岩体进行素描来进行，对于尚未揭露岩体尚未见定量准确的探测方法，同时对于裂隙的连通性也很难通过已揭露岩体进行确定。总的来说，目前尚没有能够准确量测岩体裂隙的传感器及方法能够解决上述问题。
发明内容
本发明公开了一种岩体裂隙探测传感器及使用方法，能够准确定量获取岩体裂隙的分布、连通性等参数。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种岩体裂隙探测传感器，包括支撑管、封隔器、介质传感器和导线，沿着支撑管的轴线方向其上间隔布置有与支撑管内部相连通的封隔器，每两个封隔器之间的支撑管管壁上设置有介质传感器；每个介质传感通过单独的导线与信号接收器相连。
进一步的，所述的导线一端连接介质传感器，另一端经支撑管内部而通过导线接头引出，连接到信号接收器。
进一步的，所述的支撑管与封隔器、介质传感器与支撑管之间均为密封连接，支撑管和封隔器内部形成相互联通的密闭空间。
进一步的，所述支撑管的尾端设置有尾端封堵，所述的尾端封堵上设置有充气接头和导线接头。所述的充气接头用于向支撑管内部充气，或向外放气；所述的导线接头用于将导线引出支撑管。
进一步的，所述的支撑管为具有一定壁厚和刚度的管体，其截面形状为圆形，其上与封隔器对应位置的管壁上开有通气孔。
进一步的，所述的封隔器由封隔囊和封隔套箍组成，封隔囊上下各设置1个封隔套箍；封隔套箍将封隔囊固定在支撑管上，并保证密闭性；充气后的封隔器使探测单元相互独立而互不影响，每两个相邻封隔器和之间的介质传感器构成一个探测单元。
封隔器的作用在于充气后可将介质传感器分隔在相互独立的探测单元内，防止从岩体裂隙中涌入的感应介质沿探测钻孔和支撑管之间的空间向相邻探测单元涌去，以此保证每个探测单元中的介质传感器，能且只能感应到从与自身所在探测单元联通的裂隙传导过来的感应介质，从而实现联通裂隙的定位。
进一步的，所述的封隔囊为柔性薄壁囊状体，当封隔器内气压升高时，封隔囊向外鼓出，与探测钻孔壁接触并密贴，达到封隔的目的；当封隔器内气压降低时，封隔囊向内收缩。
所述的介质传感器固定在支撑管的外壁上，并通过导线与信号接收器连接，介质传感器感应到从裂隙传来的探测介质时，即时将信号通过导线传送到信号接收器。
进一步的，所述的介质传感器一般采用水传感器；当在含水岩体等特殊条件下进行探测时，可采用其它类型的介质传感器，如含有特殊介质的液体、气体等，或采用电类、感光类传感器。
本发明传感器的使用方法如下：
1、在裂隙岩体中造孔，分别钻出探测钻孔和介质注入孔，并清理探测钻孔中的杂质；所述的探测钻孔的直径应当略大于传感器外径，深度略大于传感器长度；所述介质注入孔与探测钻孔的距离根据探测需要确定，其深度一般大于探测钻孔的深度；
2、检测封隔器的密闭性满足要求后，将本发明传感器放入探测钻孔；
3、将导线连接到信号接收器；
4、通过充气接口将支撑杆内充入高压气体并保持，支撑杆内的气压一般应大于介质注入压力；
5、向介质注入孔中持续注入感应介质直至探测结束，感应介质应当与感应传感器相匹配；在此过程中，感应介质通过岩体裂隙在岩体中运移，部分将会最终涌入到传感器的介质感应器；
6、在感应介质注入过程中实时记录介质感应器传至信号接收器的信息，从而对岩体中的裂隙参数进行分析。
7、探测结束，通过充气接口释放高压气体，拔出传感器。
本发明达到的有益效果是：
本发明可以对尚未揭露的岩体中的是否存在联通裂隙，或结构面、裂隙的空间分布及连通性进行探测并获取定量结果，可为岩体工程设计施工提供基础数据，提高工程的可靠度。另外，根据需要可以调整传感器的尺度，实现不同的应用：如大尺度传感器可以进行地层结构探测；中尺度传感器可以进行岩体结构面、裂隙超前探测；小尺度可以进行围岩裂隙探测；微尺度可以进行裂隙岩体室内试验或模型试验探测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为岩体裂隙探测传感器示意图；
图2为1-1剖面图；
图3为2-2剖面图；
图4为岩体裂隙探测传感器使用方法示意图。
图中：1-支撑管；2-封隔器；3-介质传感器；4-封隔囊；5-封隔套箍；6-尾端封堵；7-充气接口；8-导线接口；9-导线；10-通气孔；11-裂隙岩体；12-探测钻孔；13-裂隙；14-介质注入孔。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步阐述：
如图1、图2、图3所示，岩体裂隙探测传感器主要由支撑管1、封隔器2、介质传感器3、尾端封堵6、导线9构成，支撑管1上间隔布置有封隔器2，在每两个封隔器2之间的支撑管1的管壁上设置有介质传感器3；在支撑管1的尾端设置有尾端封堵6；导线9一端连接介质传感器3，经支撑管1内部而通过导线接头8引出，另一端连接到信号接收器。本发明可以对尚未揭露的岩体中的是否存在联通裂隙，或结构面、裂隙的空间分布及连通性进行探测并获取定量结果，可为岩体工程设计施工提供基础数据，提高工程的可靠度。
上述各部件之间均为密封连接，在支撑管1与封隔器2对应位置的管壁上开有通气孔10，使支撑管1和封隔器2内部形成相互联通的密闭空间。每两个相邻封隔器2和之间的介质传感器3构成一个探测单元；充气后的封隔器3使探测单元相互独立而互不影响；封隔器2的间隔越小，探测单元数量越多，裂隙的探测精度越高。
其中，支撑管1为具有一定壁厚和刚度的管体，其截面形状一般为圆形，其上间隔开有通气孔10；
封隔器2由封隔囊4和封隔套箍5组成，封隔囊4上下各设置1各封隔套箍5；封隔套箍5可以将封隔囊4固定在支撑管1上，并保证密闭性；
封隔器2的作用在于充气后可将介质传感器3分隔在相互独立的探测单元内，防止从岩体裂隙13中涌入的感应介质沿探测钻孔12和支撑管1之间的空间向相邻探测单元涌去。以此保证每个探测单元中的介质传感器3，能且只能感应到从与自身所在探测单元联通的裂隙传导过来的感应介质，从而实现联通裂隙的定位。且封隔器2的间隔越小，探测单元数量越多，裂隙的探测精度越高。
封隔囊4为柔性薄壁囊状体，一般为橡胶囊，当封隔器2内气压升高时，封隔囊4向外鼓出，与探测钻孔12的壁接触并密贴，达到封隔的目的；当封隔器2内气压降低时，封隔囊4向内收缩。
介质传感器3固定在支撑管1的外壁上，并通过导线9与信号接收器连接，介质传感器3感应到从裂隙传来的探测介质时，即时将信号通过导线9传送到信号接收器。
介质传感器3可以采用水传感器；当在含水岩体中进行探测时，可采用其它类型的介质传感器。
尾端封堵6上设置有充气接头7和导线接头8；导线接头8用于将导线9引出支撑管1；充气接头7用于向支撑管1内部充气，或向外放气。
上述各部件可以根据需要调整传感器的尺度，实现不同的应用：如大尺度传感器可以进行地层结构探测；中尺度传感器可以进行岩体结构面、裂隙超前探测；小尺度可以进行围岩裂隙探测；微尺度可以进行裂隙岩体室内试验或模型试验探测。
如图4所示，本发明传感器的具体使用步骤如下：
步骤1在裂隙岩体11中造孔，分别钻出探测钻孔12和介质注入孔14，并清理探测钻孔中的杂质；所述的探测钻孔12的直径应当略大于传感器外径，深度略大于传感器长度；所述介质注入孔与探测钻孔的距离根据探测需要确定，其深度一般大于探测钻孔的深度；
步骤2检测封隔器2的密闭性满足要求后，将本发明传感器放入探测钻孔12；
步骤3将导线9连接到信号接收器；
步骤4通过充气接口7将支撑杆1内充入高压气体并保持，支撑杆1内的气压一般应大于介质注入压力；
步骤5向介质注入孔14中持续注入感应介质直至探测结束，感应介质应当与感应传感器3相匹配；
步骤6在感应介质注入过程中实时记录介质感应器3传至信号接收器的信息，从而对岩体中的裂隙参数进行分析。
步骤7探测结束，通过充气接口7释放高压气体，拔出传感器。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种岩体裂隙探测传感器，其特征在于：包括支撑管、封隔器、介质传感器和导线，沿着支撑管的轴线方向其上间隔布置有与支撑管内部相连通的封隔器，每两个封隔器之间的支撑管管壁上设置有介质传感器；每个介质传感通过单独的导线与信号接收器相连。
2.如权利要求1所述的岩体裂隙探测传感器，其特征在于：所述的导线一端连接介质传感器，另一端经支撑管内部而通过导线接头引出，连接到信号接收器。
3.如权利要求1所述的岩体裂隙探测传感器，其特征在于：所述的支撑管与封隔器、介质传感器与支撑管之间均为密封连接，支撑管和封隔器内部形成相互联通的密闭空间。
4.如权利要求1所述的岩体裂隙探测传感器，其特征在于：所述支撑管的尾端设置有尾端封堵，在尾端封堵上设置有充气接头和导线接头。
5.如权利要求1所述的岩体裂隙探测传感器，其特征在于：所述的支撑管为具有一定壁厚和刚度的管体，其截面形状为圆形，其上与封隔器对应位置的管壁上开有通气孔。
6.如权利要求1所述的岩体裂隙探测传感器，其特征在于：所述的封隔器由封隔囊和封隔套箍组成，封隔囊上下各设置1个封隔套箍；封隔套箍将封隔囊固定在支撑管上，并保证密闭性；充气后的封隔器使探测单元相互独立而互不影响，每两个相邻封隔器和之间的介质传感器构成一个探测单元。
7.如权利要求1所述的岩体裂隙探测传感器，其特征在于：所述的封隔囊为柔性薄壁囊状体，当封隔器内气压升高时，封隔囊向外鼓出，与探测钻孔壁接触并密贴，达到封隔的目的；当封隔器内气压降低时，封隔囊向内收缩。
8.如权利要求1所述的岩体裂隙探测传感器的使用方法，其特征在于：
步骤1在裂隙岩体中造孔，分别钻出探测钻孔和介质注入孔，并清理探测钻孔中的杂质；
步骤2检测封隔器的密闭性满足要求后，将本发明传感器放入探测钻孔；
步骤3将导线连接到信号接收器；
步骤4通过充气接口将支撑杆内充入高压气体并保持，支撑杆内的气压大于介质注入压力；
步骤5向介质注入孔中持续注入感应介质直至探测结束，感应介质应当与感应传感器相匹配；在此过程中，感应介质通过岩体裂隙在岩体中运移，部分将会最终涌入到传感器的介质感应器；
步骤6在感应介质注入过程中实时记录介质感应器传至信号接收器的信息，从而对岩体中的裂隙参数进行分析。
步骤7探测结束，通过充气接口释放高压气体，拔出传感器。
9.如权利要求1所述的岩体裂隙探测传感器的使用方法，其特征在于：所述的探测钻孔的直径略大于传感器外径，深度略大于传感器长度。
10.如权利要求1所述的岩体裂隙探测传感器的使用方法，其特征在于：所述介质注入孔与探测钻孔的距离根据探测需要确定，其深度大于探测钻孔的深度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |