CN112461189A - 地应力测量应变计 - Google Patents

Abstract

本申请涉及地应力测量设备技术领域，尤其是涉及一种地应力测量应变计。地应力测量应变计包括外壁上设置有应变片的筒体和一端插入筒体内的活塞杆，筒体后端的侧壁上设置有第一密封件，活塞杆的导向部上设置有第二密封件，应变计通过第一密封件和第二密封件与小孔的孔壁密封抵靠；筒体的筒壁内设置有第一流道，导向部内设置有第二流道，在将应变计推入小孔的过程中，小孔内的空气能够从第一流道和第二流道内排出，从而在不破坏第一密封件和第二密封件的密封性能的情况下将应变计放入小孔内；并防止粘结剂泄露，使得应变片能够与小孔的孔壁完全耦合接触，进而保证地应力测量的准确性和精度。

Description

地应力测量应变计

技术领域

本申请涉及地应力测量设备技术领域，尤其是涉及一种地应力测量应变计。

背景技术

目前，在各种地下工程中例如矿山巷道、交通隧道和水利水电站等各种地下硐室，进行地应力测量时，通常采用国际岩石力学学会推荐的套芯应力解除法中的空心包体应力解除法，该方法需要使用空心包体应变计对地应力进行测量。空心包体应变计包括带有应变片的环氧树脂圆筒和柱塞两部分，圆筒内充满粘结剂；在测量过程时，将空心包体应变计推入岩石的小孔内，在将应变计推入孔底后，继续推动筒体，能够将粘结剂从筒壁的开孔内挤出，使粘结剂充满小孔孔壁与应变计表面之间的间隙，最终使应变片与小孔孔壁很好的粘结在一起，以能够进行后续的测量。

现有的应变计为了防止应变计与小孔的孔壁间的粘结剂流失，在应变计的前后两端设计有密封件，以使应变计的两端与孔壁密封抵靠。但是由于小孔内存在空气，若密封件与小孔的孔壁完全密封，则会导致应变计无法推入小孔内，粘结剂也无法挤出。为了把应变计顺利推入孔底，并且使粘结剂能够挤出，行业中默认的操作是将密封圈剪出小口，或者其他方式使密封圈与孔壁之间留有缝隙。严格的说，这些操作都使密封圈失去意义，没有起到密封的作用，会造成粘结剂在挤出后在重力的作用下从间隙部分流出；粘结剂的漏失会造成应变片不能与孔壁完全耦合接触，甚至应变片不能与孔壁粘结。空心包体应力解除法地应力测量的理论基础之一就是：根据弹性力学理论，当钻孔周围的岩石所受的应力发生变化时，岩石会发生弹性变形，钻孔孔壁会产生相应的形变，应变片要准确地感应到孔壁的应变值。如果应变片不能与钻孔孔壁完全粘结耦合，将会严重影响地应力测量的准确度和精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地应力测量应变计，以在不破坏应变计与小孔之间的密封性的情况下使应变计能够顺利地推入待测量岩石的小孔内，以保证应变片与小孔的孔壁完全耦合接触。

本发明提供了一种地应力测量应变计，包括筒体和活塞杆；所述筒体的长度方向的一端为敞口端，所述活塞杆通过所述敞口端伸入所述筒体内；所述筒体和所述活塞杆能够放入待测量岩石的小孔内，且所述筒体远离所述敞口端的一端的外壁上设置有第一密封件，所述筒体通过所述第一密封件与所述小孔的内壁密封抵靠；所述活塞杆远离所述筒体的一端设置有导向部，所述导向部的外壁上设置有第二密封件，所述导向部通过所述第二密封件与所述小孔的内壁密封抵靠；所述筒体的筒壁内形成有第一流道，所述第一流道贯穿所述筒体的长度方向的两端的端部；所述导向部内形成第二流道，所述第二流道贯穿所述导向部的长度方向的两端。

进一步地，所述筒体朝向所述导向部的一端的端部设置有第三密封件，所述导向部朝向所述筒体的一端的端部设置有第四密封件；当所述活塞杆向所述筒体内运动至所述导向部与所述筒体相抵靠时，所述第三密封件能够对所述第二流道的一端进行密封封堵，所述第四密封件能够对所述第一流道的一端进行密封封堵。

进一步地，所述第一流道朝向所述筒体的敞口端的一端形成多个第一分流道；多个所述第一分流道沿所述筒体的周向间隔分布；所述第四密封件的数量为多个，多个所述第四密封件与多个所述第一分流道一一对应，多个所述第四密封件能够对对应的所述第一分流道进行密封封堵。

进一步地，所述第二流道朝向所述筒体的一端形成多个第二分流道；多个第二分流道沿所述导向部的周向间隔分布；所述第三密封件的数量为多个，多个所述第三密封件与多个所述第二分流道一一对应，多个所述第三密封件能够对对应的所述第二分流道进行密封封堵。

进一步地，所述导向部背离所述筒体的一端形成导向头；所述导向头呈锥形。

进一步地，所述筒体和所述活塞杆通过销钉进行固定，所述销钉能够断裂，以使所述活塞杆推入所述筒体内。

进一步地，所述筒体的内部用于容纳粘结剂，所述筒体靠近所述第一密封件的一端的侧壁上开设有出胶孔，所述粘结剂能够通过所述出胶孔流出所述筒体；所述出胶孔处覆盖有锡箔纸，所述锡箔纸用于封堵所述出胶孔。

进一步地，所述出胶孔的数量为多个，多个所述出胶孔沿所述筒体的周向间隔分布；每个所述出胶孔处均覆盖有锡箔纸。

进一步地，所述地应力测量应变计还包应变片；所述筒体具有预定直径，使所述筒体的外壁与所述小孔的内壁之间具有预定间隙，所述应变片设置于所述筒体的外壁上；所述应变片的数量为多个，多个所述应变片沿所述筒体的周向间隔设置。

进一步地，所述筒体的侧壁内形成有环形腔室。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的地应力测量应变计包括筒体和活塞杆；筒体的长度方向的一端即筒体的前端为敞口端，活塞杆的一端通过该敞口端插入筒体内，筒体的内部用于容纳粘结剂。筒体后端的侧壁上设置有第一密封件，且第一密封件位于出胶孔的后端；活塞杆位于筒体外的一端即活塞杆的前端设置有导向部，导向部的外壁上设置有第二密封件。筒体能够通过第一密封件与小孔的内壁密封抵靠，活塞杆能够通过第二密封件与小孔的内壁密封抵靠；从而使小孔与应变计在第一密封件和第二密封件之间形成容纳腔室。筒体的筒壁内设置有第一流道，第一流道的一端延伸至筒体的前端并贯穿筒体的前端的端部，第一流道的另一端延伸至筒体的后端并贯穿筒体的后端的端部；活塞杆的导向部内设置有第二流道，第二流道贯穿导向部的长度方向的两端；在将应变计推入小孔内的过程中，小孔内的空气能够经由第二流道和第一流道排出，从而在不破坏第一密封件和第二密封件的密封性能的情况下，使应变计能够被顺利地推入小孔内；并防止粘结剂从容纳腔室内泄露出去，使得应变片能够与小孔的孔壁完全耦合接触，进而保证地应力测量的准确性和精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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方式，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为本发明实施例提供的地应力测量应变计一种状态下的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的地应力测量应变计另一种状态下的结构示意图；

图3为图1中A-A处剖视图；

图4为图1中B-B处剖视图；

图5为图1中C-C处剖视图。

附图标记：

1-筒体，11-第一密封件，12-第一流道，13-第三密封件，14-第一分流道，15-出胶孔，16-锡箔纸，2-活塞杆，21-导向部，22-第二密封件，23-导向头，24-第二流道，25-第四密封件，26-第二分流道，3-销钉，4-应变片，5-环形腔室，6-小孔，61-容纳腔室。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参照图1至图5描述根据本申请一些实施例所述的地应力测量应变计。

本申请提供了一种地应力测量应变计，如图1所示，包括筒体1和活塞杆2；筒体1的外侧壁上设置有应变片4，筒体1的长度方向的一端即筒体1的前端为敞口端，活塞杆2的一端通过该敞口端插入筒体1内；筒体1的内部用于容纳粘结剂，筒体1的侧壁上设置有出胶孔15，且出胶孔15位于筒体1的后端。地应力测量应变计在初始状态时，活塞杆2通过销钉3与筒体1进行固定，使活塞杆2定位于伸出筒体1最大长度的状态；出胶孔15处覆盖有锡箔纸16，防止筒体1内的粘结剂流出。筒体1后端的侧壁上设置有第一密封件11，且第一密封件11位于出胶孔15的后端；活塞杆2位于筒体1外的一端即活塞杆2的前端设置有导向部21，导向部21的外壁上设置有第二密封件22。

在实际地应力测量过程中，要在需要测试的岩石上钻一个小孔6，如图1和图2所示，然后将地应力测量应变计(以下简称应变计)放入小孔6内。在将应变计放入小孔6内时，筒体1能够通过第一密封件11与小孔6的内壁密封抵靠，活塞杆2能够通过第二密封件22与小孔6的内壁密封抵靠；从而使小孔6与应变计在第一密封件11和第二密封件22之间形成容纳腔室61。在将应变计送入小孔6，并到达小孔6的孔底位置后，用力推动筒体1，能够将销钉3切断，继续推动筒体1能够使活塞杆2缩回筒体1内，从而使粘结剂推开覆盖在出胶孔15处的锡箔纸16，粘结剂从筒体1内流出并充满容纳腔室61，通过粘结剂能够使筒体外壁上的应变片4与小孔6的内壁耦合接触，以通过应变片4感应到小孔6孔壁周围在应力变化后发生的应变值。

由于应变计通过第一密封件11和第二密封件22与小孔6的孔壁密封抵靠，在应变计进入小孔6的过程中，小孔6内的空气无法排出而导致应变计无法到达小孔6的孔底。目前解决该问题的方法是在第一密封件11和第二密封件22上剪出小口，或者其他方式使第一密封件11和第二密封件22与小孔6的孔壁之间留有缝隙；但是这些方式都使第一密封件11和第二密封件22失去意义，无法起到密封的作用，粘结剂会从容纳腔室61内漏出而使应变片4不能与小孔6的孔壁完全耦合接触，甚至应变片4不能与小孔6的孔壁粘结而导致测量结果不准确。

为了防止粘结剂从容纳腔室61内流出，使粘结剂能够充满容纳腔室61以保证应变计与小孔6的孔壁完全耦合接触，在本申请的一个实施例中，优选地，如图1和图2所示，筒体1的筒壁内设置有第一流道12，第一流道12的一端延伸至筒体1的前端并贯穿筒体1的前端的端部，第一流道12的另一端延伸至筒体1的后端并贯穿筒体1的后端的端部；活塞杆2的导向部21内设置有第二流道24，第二流道24贯穿导向部21的长度方向的两端；在将应变计推入小孔6内的过程中，小孔6内的空气能够经由第二流道24和第一流道12排出，从而在不破坏第一密封件11和第二密封件22的密封性能的情况下，使应变计能够被顺利地推入小孔6内；并防止粘结剂从容纳腔室61内泄露出去，使得应变片4能够与小孔6的孔壁完全耦合接触，进而保证地应力测量的准确性和精度。

在将应变计推入至小孔6的孔底后，继续推动筒体1，用于固定筒体1与活塞杆2的销钉3被切断，使筒体1能够继续前进，活塞杆2缩回筒体内，筒体1内的粘结剂将推开覆盖在出胶孔15处的锡箔纸16流至容纳腔室61内。在本申请的一个实施例中，优选地，如图1所示，筒体1的前端的端部设置有第三密封件13，导向部21朝向筒体1的一端的端部设置有第四密封件25。如图2所示，当活塞杆2完全回缩至筒体1内时，活塞杆2的导向部21的后端将与筒体1的前端相抵靠，且第三密封件13将被塞入第二流道24内，以对第二流道24的一端的端口进行密封封堵；第四密封件25将被塞入到第一流道12内，以对第一流道12的一端的端口进行密封封堵；从而使容纳腔室61形成密封空间，位于容纳腔室61内的粘结剂不会泄露，进而使筒体1外壁上的应变片4能够通过粘结剂与小孔6的孔壁完全粘结耦合，以保证地应力测量的准确度和精度。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图1和图3所示，所述第一流道12包括第一排气流道和多个第一分流道14；多个第一分流道14的长度方向均沿筒体1的长度方向设置，且多个第一分流道14沿筒体1的周向间隔分布；多个第一分流道14的长度方向的一端延伸至筒体1的前端，并贯穿筒体1的前端的端部；多个第一分流道14的长度方向的另一端延伸至筒体1的后端，并分别与第一排气流道的一端相连通，第一排气流道的另一端延伸至筒体1的后端并穿过筒体1的后端的端面；从而使应变计在推入小孔6的过程，小孔6内的空气能够快速地经由第一流道12排出，降低空气对应变计的阻力，使应变计顺利地被推入小孔6内。

优选地，对应对个第一分流道14，导向部21上的第四密封件25的数量也为多个，多个第四密封件25与多个第一分流道14一一对应，当导向部21与筒体1的端部密封抵靠时，多个第四密封件25能够塞入对应的第一分流道14内，从而实现对第一流道12的封堵。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图1和图2所示，导向部21背离筒体1的一端形成有导向头23，且导向头23呈锥形，以使活塞杆2的端部能够顺利地进入岩石的小孔6内。优选地，如图1和图5所示，导向部21内的第二流道24包括第二排气流道和多个第二分流道26；第二排气流道位于导向头23内且第二排气流道的一端穿过导向头23，以使第二排气流道与导向部21与小孔6底壁之间的腔室相连通；多个第二分流道26的一端穿过导向部21朝向筒体1的一端的端部，多个第二分流道26的另一端分别与第二排气流道相连通；从而使导向部21与小孔6底部之间的空气能够进入第二排气流道后经由多个第二分流道26流入容纳腔室61内，最后经由第一流道12排出，进而使应变计能够顺利地被送入岩石的小孔6内。

优选地，对应多个第二分流道26，筒体1的前端的端部上也设置有多个第三密封件13，多个第三密封件13与多个第二分流道26一一对应；当导向部21与筒体1的端部密封抵靠时，多个第三密封件13能够塞入对应的第二分流道26内，从而对第二流道24的一端进行密封封堵。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图1和图3所示，筒体1上出胶孔15的数量也为多个，多个出胶孔15沿筒体1的周向间隔分布于筒体1的侧壁上；每个出胶孔15上均覆盖有锡箔纸16；在活塞杆2推动粘结剂流出的过程，粘结剂将推开每个出胶孔15上的锡箔纸16，然后从多个出胶孔15内流出；通过设置多个出胶孔15，在能够使粘结剂更顺畅地流出筒体1的同时，也可以避免一个出胶孔15被堵塞而使粘结剂无法流出的情况。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图1和图4所示，筒体1外壁上设置的应变片4的数量也为多个，多个应变片4沿筒体1的周向间隔分布与筒体1上。优选地，应变片4的数量为三个。

优选地，筒体1的侧壁中还开设有环形腔室5，如图1和图4所示，通过设置环形腔室5，在应变计测量地应力的过程中，并在小孔6的孔壁周围发生应力变化时，小孔6的孔壁会发生弹性变形；筒体1的材质为环氧树脂材料，其弹性模量较小，通过在筒体1的侧壁内设置环形腔室5，能够使筒体1的侧壁即环形腔室5的外侧壁易发生变形，从而在小孔6的孔壁发生弹性变形时，筒体1的侧壁和位于其上的应变片4能够随孔壁产生相应的形变，从而使应变片4能够真实准确地记录小孔6的孔壁发生的应变值。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种地应力测量应变计，包括筒体和活塞杆；

所述筒体的长度方向的一端为敞口端，所述活塞杆通过所述敞口端伸入所述筒体内；

所述筒体和所述活塞杆能够放入待测量岩石的小孔内，且所述筒体远离所述敞口端的一端的外壁上设置有第一密封件，所述筒体通过所述第一密封件与所述小孔的内壁密封抵靠；

所述活塞杆远离所述筒体的一端设置有导向部，所述导向部的外壁上设置有第二密封件，所述导向部通过所述第二密封件与所述小孔的内壁密封抵靠；

其特征在于，所述筒体的筒壁内形成有第一流道，所述第一流道贯穿所述筒体的长度方向的两端的端部；

所述导向部内形成第二流道，所述第二流道贯穿所述导向部的长度方向的两端。

2.根据权利要求1所述的地应力测量应变计，其特征在于，所述筒体朝向所述导向部的一端的端部设置有第三密封件，所述导向部朝向所述筒体的一端的端部设置有第四密封件；

当所述活塞杆向所述筒体内运动至所述导向部与所述筒体相抵靠时，所述第三密封件能够对所述第二流道的一端进行密封封堵，所述第四密封件能够对所述第一流道的一端进行密封封堵。

3.根据权利要求2所述的地应力测量应变计，其特征在于，所述第一流道朝向所述筒体的敞口端的一端形成多个第一分流道；

多个所述第一分流道沿所述筒体的周向间隔分布；

所述第四密封件的数量为多个，多个所述第四密封件与多个所述第一分流道一一对应，多个所述第四密封件能够对对应的所述第一分流道进行密封封堵。

4.根据权利要求2所述的地应力测量应变计，其特征在于，所述第二流道朝向所述筒体的一端形成多个第二分流道；

多个第二分流道沿所述导向部的周向间隔分布；

所述第三密封件的数量为多个，多个所述第三密封件与多个所述第二分流道一一对应，多个所述第三密封件能够对对应的所述第二分流道进行密封封堵。

5.根据权利要求1所述的地应力测量应变计，其特征在于，所述导向部背离所述筒体的一端形成导向头；

所述导向头呈锥形。

6.根据权利要求1所述的地应力测量应变计，其特征在于，所述筒体和所述活塞杆通过销钉进行固定，所述销钉能够断裂，以使所述活塞杆推入所述筒体内。

7.根据权利要求1所述的地应力测量应变计，其特征在于，所述筒体的内部用于容纳粘结剂，所述筒体靠近所述第一密封件的一端的侧壁上开设有出胶孔，所述粘结剂能够通过所述出胶孔流出所述筒体；

所述出胶孔处覆盖有锡箔纸，所述锡箔纸用于封堵所述出胶孔。

8.根据权利要求7所述的地应力测量应变计，其特征在于，所述出胶孔的数量为多个，多个所述出胶孔沿所述筒体的周向间隔分布；

每个所述出胶孔处均覆盖有锡箔纸。

9.根据权利要求1所述的地应力测量应变计，其特征在于，还包应变片；

所述筒体具有预定直径，使所述筒体的外壁与所述小孔的内壁之间具有预定间隙，所述应变片设置于所述筒体的外壁上；

所述应变片的数量为多个，多个所述应变片沿所述筒体的周向间隔设置。

10.根据权利要求1所述的地应力测量应变计，其特征在于，所述筒体的侧壁内形成有环形腔室。

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