CN114370966B - 一种用于岩体应力测试的装配式传感机构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于岩体应力测试的装配式传感机构，包括：若干测试单元，且若干测试单元之间通过连杆连接为一体结构，用于装入应力测试钻孔以对应力测试钻孔进行岩体应力测试；检测装置，其设置在一体结构的若干测试单元的前端，用于检测岩体应力测试钻孔的内部环境信息，并将环境信息发送至手持终端或远程服务器；至少一对行走装置，至少一对行走装置对应设置在一体结构的测试单元的两端部；其中，当检测装置检测到岩体应力测试钻孔的内部为可通行环境时，推动一体结构的若干测试单元沿岩体应力测试钻孔的深度方向发生位移，以通过第一传感器、第二传感器和第三传感器检测岩体应力测试钻孔内对应的X、Y、Z轴方向的应力。

Description

一种用于岩体应力测试的装配式传感机构及施工方法

技术领域

本发明属于岩体应力测试领域，特别涉及一种用于岩体应力测试的装配式传感机构及施工方法。

背景技术

深部地下工程开挖后，开挖体周边岩体应力将重新分布，其应力集中程度和影响范围直接关系到深部地下工程围岩的稳定性，因此需要通过现场测试来掌握地下工程岩体开挖后的扰动应力分布，进而为地下岩体工程的开挖支护方案设计和决策提供基础数据。传感器是实现岩体扰动应力准确测试的核心器件。目前，单向应力传感器由于其成本低、安装使用方便等优点在深部岩体扰动应力测试中得到了广泛的应用。然而，该传感器只能获取某一方向岩体的应力，难以掌握岩体三维应力状态，对于复杂岩体工程而言，仅获取某一方向岩体应力显然是不够的。为此，发明专利(ZL201710490387.7)设计了一种光纤光栅六向压力传感器，能够实现岩体三维应力的测试，该传感器具有长期稳定性好，量程大，精度高等优点。但是该传感器结构设计复杂，加工难度大，使用成本非常高，只能在一些重点工程中的关键为位置使用，难以大规模推广应用。事实上，对于大多数地下工程，其扰动应力测试仅需掌握三个正交方向的正应力即可，由于切应力一般很小，影响可以忽略，而且有些工程仅关心某些特定方向的应力。

也即，对于地下工程的扰动应力测试技术来说，现阶段仍存在无法依据实际的施工需求来进行应力测试设备的布局，例如，有的地下工程仅需要掌握三个正交方向的正应力即可，但是仍然采用结构较为复杂、使用成本较高的传感器来进行测试。

可见，对于下工程的扰动应力测试技术而言，如何依据地下施工应力测试的实际需求将测试设备进行合理化布局，进而避免采用复杂设备解决简单的技术问题造成的施工成本增加，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明提供的一种用于岩体应力测试的装配式传感机构，以至少解决上述技术问题；

为了解决上述问题，本发明的第一方面提供一种用于岩体应力测试的装配式传感机构，所述传感机构用于在岩体应力测试钻孔内进行应力测试，所述传感机构包括：若干测试单元，且若干所述测试单元之间通过连杆连接为一体结构，用于水平伸入所述岩体应力测试钻孔以对所述岩体应力测试钻孔进行应力测试；每一所述测试单元均包括：第一传感器、第二传感器和第三传感器，所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器对应用于测试所述应力测试钻孔内的X、Y、Z轴方向的应力信息，并将所述应力信息发送至手持终端或远程服务器；检测装置，所述检测装置设置在所述一体结构的前端，用于在伸入所述岩体应力测试钻孔时检测所述岩体应力测试钻孔的内部环境信息，并将所述环境信息发送至所述手持终端或远程服务器；至少一对行走装置，至少一对所述行走装置对应设置在所述一体结构的两端；其中，当检测装置检测到所述岩体应力测试钻孔的内部为可通行环境时，推动所述一体结构的若干测试单元沿所述岩体应力测试钻孔的深度方向发生位移，当位移至所述目标位置后，对所述应力测试钻孔进行注浆填充，填充后，通过所述第一传感器、所述第二传感器和第三传感器检测所述岩体应力测试钻孔内对应的X、Y、Z轴方向的应力。

在第一方面中，所述传感机构还包括：推杆，所述推杆设置在所述若干测试单元的另一端，用于推动所述一体结构的所述若干测试单元朝所述应力测试钻孔的深度方向发生位移。

在第一方面中，所述传感机构还包括：测角仪，所述测角仪设置在所述推杆上，所述测角仪用于测试所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器的三维姿态。

在第一方面中，所述行走装置包括：支撑板和四个行走轮，所述支撑板设置在所述一体结构的对应端部，所述支撑板为正方形结构，所述四个行走轮对应设置在所述支撑板的四角，当所述一体结构被推动时，所述四个行走轮均沿所述岩体应力测试钻孔的内壁贴合行走。

在第一方面中，所述行走装置包括：设置在所述行走轮与所述支撑板之间的伸缩装置，所述伸缩装置包括：伸缩套筒、伸缩杆和弹簧，所述伸缩套筒的一端与所述行走轮连接，所述伸缩套筒内具有容纳所述伸缩杆的收容空间，所述伸缩杆的一端与所述支撑板连接，所述弹簧套设在所述伸缩杆上，且所述弹簧的一端与所述伸缩套筒的另一端固定连接，在所述伸缩套筒抵压所述弹簧朝向所述支撑板收缩时，所述伸缩套筒通过所述收容空间容纳所述伸缩杆。

在第一方面中，所述检测装置为全景摄像头；所述全景摄像头设置在一体结构的一端，用于检测所述岩体应力测试钻孔的内部环境。

在第一方面中，所述检测装置还包括透明保护壳；所述透明保护壳套设在所述全景摄像头的外部。

在第一方面中，所述第一传感器所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器均包括：传感单元支撑壳体，所述传感单元支撑壳体为立方框结构；拉压应变计，所述拉压应变计设置在所述立方框结构内，并与一感应膜片连接，所述感应膜片用于获取所述岩体应力测试钻孔内的应力或者拉力。

第二方面，本发明提供了一种用于岩体应力测试的装配式传感机构的施工方法，所述施工方法用于任意一项所述的用于岩体应力测试的装配式传感机构，所述施工方法包括：获取岩体应力测试钻孔内的环境信息；依据所述环境信息判断所述岩体应力测试钻孔内是否为可通行环境，若是，则控制所述传感机构朝向所述岩体应力测试钻孔的深度方向发生位移，以将所述用于岩体应力测试的装配式传感机构位移至所述岩体应力测试钻孔内的目标位置；对所述岩体应力测试钻孔进行注浆填充测试所述岩体应力测试钻孔内的应力。

在第二方面中，所述获取所述岩体应力测试孔内的环境信息包括：利用全景摄像头获取所述岩体应力测试孔内的环境图像信息；依据所述图像信息判断所述岩体应力测试钻孔内是否为可通行环境；若是，则控制所述传感机构朝向所述岩体应力测试钻孔的深度方向发生位移，以测试所述岩体应力测试钻孔内的应若否，则控制所述传感机构停止移动。

有益效果：本发明提出了一种用于岩体应力测试的装配式传感机构，通过若干测试单元对岩体应力测钻孔进行应力测试，其中，若干测试单元包括第一传感器、第二传感器和第三传感器，且对应测试岩体应力测试钻孔内的X、Y、Z三个反向的应力，还包括检测装置，用于在伸入岩体应力测试钻孔之前，对岩体应力测试钻孔内的环境进行检测，当检测装置检测到岩体应力测试钻孔的内部为可通行环境时，推动一体结构的若干测试单元沿岩体应力测试钻孔的深度方向发生位移，以通过第一传感器、第二传感器和第三传感器检测岩体应力测试钻孔内对应的X、Y、Z轴方向的应力。通过装配式的一体化设备将多个传感单元集合为一体，以对地下工程中需要对三个正交方向或者两个、一个方向的应力进行测试时、进行应力测试，大大提高了测试设备的利用率和应力测试效率。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明实施例一中岩体应力测试的装配式传感机构的结构图；

图2为本发明实施例一中测试单元的结构图；

图3为本发明实施例一中行走装置的结构图；

图4位本发明实施例一中检测装置和行走装置的连接结构图；

图5为本发明实施例二中岩体应力测试的装配式传感机构的施工方法流程框图。

附图标记说明：

1、岩体应力测试钻孔；

2、推杆；

3、测角仪；

4、测试单元；

401、第一传感器；

402、第二传感器；

403、第三传感器；

6、检测装置；

601、全景摄像头；

602、透明保护壳；

7、连杆；

8、行走装置；

801、行走轮；

802、伸缩杆；

803、伸缩套筒；

804、支撑板。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

同时，本说明书实施例中，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本说明书实施例中所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明目的，并不是旨在限制本发明。

实施例一：

如图1所示，一种用于岩体应力测试的装配式传感机构，所述传感机构用于在岩体应力测试钻孔1内进行应力测试，所述传感机构包括：若干测试单元4，且若干所述测试单元4之间通过连杆7连接为一体结构，用于水平伸入所述应力测试钻孔以对所述应力测试钻孔所述进行应力测试；每一所述测试单元4均包括：第一传感器401、第二传感器402和第三传感器403，所述第一传感器401、所述第二传感器402和所述第三传感器403对应用于测试所述应力测试钻孔内的X、Y、Z轴方向的应力信息，并将所述应力信息发送至手持终端或远程服务器；检测装置6，所述检测装置6设置在一体结构的所述若干测试单元4的一端，用于检测所述岩体应力测试钻孔1的内部环境信息，并将所述环境信息发送至所述，手持终端或远程服务器；其中，当检测装置6检测到所述岩体应力测试钻孔1的内部为可通行环境时，推动一体结构的若干测试单元4沿所述岩体应力测试钻孔1的深度方向发生位移，当位移至所述目标位置后，对所述应力测试钻孔进行注浆填充，填充后，通过所述第一传感器401、所述第二传感器402和第三传感器403检测所述岩体应力测试钻孔1内对应的X、Y、Z轴方向的应力。

本发明提出了一种用于岩体应力测试的装配式传感机构，通过若干测试单元4对岩体应力测钻孔进行应力测试，其中，若干测试单元4包括第一传感器401、第二传感器402和第三传感器403，且对应测试岩体应力测试钻孔1内的X、Y、Z三个反向的应力，还包括检测装置6，用于在伸入岩体应力测试钻孔1之前，对岩体应力测试钻孔1内的环境进行检测，当检测装置6检测到岩体应力测试钻孔1的内部为可通行环境时，推动一体结构的若干测试单元4沿岩体应力测试钻孔1的深度方向发生位移，然后，对应力测试钻孔进行注浆填充，在注浆结束后，通过第一传感器401、第二传感器402和第三传感器403检测岩体应力测试钻孔1内对应的X、Y、Z轴方向的应力。通过装配式的一体化设备将多个传感单元集合为一体，以对地下工程中需要对三个正交方向或者两个、一个方向的应力进行测试时、进行应力测试，大大提高了测试设备的利用率和应力测试效率。

具体来说，为了使一体结构的若干传感单元能够沿应力测试钻孔的深度方向发生位置移动，本实施例一提出一种实施方式，该实施方式包括：推杆2，推杆2设置在若干测试单元4的另一端(远离应力测试钻孔的一端)，用于推动一体结构的若干测试单元4朝应力测试钻孔的深度方向前进，或者拉动一体结构的若干测试单元4朝应力测试钻孔的深度方向后退。

具体来说，为了检测若干测试单元4中第一传感器401、所述第二传感器402和所述第三传感器403的三维姿态，本实施例一提出了一种实施方式，该实施方式包括：设置一测角仪3，且将测角仪3设置在推杆2上，测角仪3用于测试第一传感器401、第二传感器402和第三传感器403的三维姿态。

具体来说，当若干测试单元4沿应力测试钻孔的深度方向滑动时，为了减小测试单元4与应力测试钻孔的内壁的摩擦力，本实施例一提出一种实施方式，该实施方式包括：设置至少一对行走装置8，至少一对行走装置8对应设置在一体结构的测试单元4的两端部，以通过该一对行走装置8来承载、拖动一体结构的若干测试单元4。

进一步地，对于行走装置8而言，本实施例一还提出一种实施方式，该实施方式包括：支撑板804和四个行走轮801，支撑板804设置在一体结构的测试单元4的对应端部，且为了保障一体结构的若干测试单元4能够始终位于岩体应力测试钻孔1的轴心，支撑板804为正方形结构，四个行走轮801对应设置在支撑板804的四角，当一体结构的测试单元4被推动时，四个行走轮801均沿岩体应力测试钻孔1的内壁贴合行走，且使得一体结构的若干测试单元4始终位于岩体应力测试钻孔1的轴心方向进行移动。

进一步地，当一体结构的若干测试单元4在应力测试钻孔内行走时，应力测试钻孔的若出现较小的凹凸不平的侧壁结构，如果在对该侧壁结构进行清理、提高侧壁的精度，会造成较大的施工成本，基于此，本实施例一提出一种实施方式，该实施方式包括：行走装置8包括设置在行走轮801与支撑板804之间的伸缩装置，伸缩装置包括：伸缩套筒803、伸缩杆802和弹簧，伸缩套筒803的一端与行走轮801连接，伸缩套筒803内用于设置伸缩杆802，弹簧的一端套设在伸缩杆802上，弹簧的另一端与伸缩套筒803用于设置伸缩杆802的入口边缘连接，当弹簧处于自然伸长状态时，伸缩杆802靠近伸缩套筒803的一端位于入口处，当弹簧受到挤压时，伸缩杆802位于伸缩套筒803内，这样就使得，在行走装置8经过凹凸不平的侧壁结构时能够通过弹簧配合伸缩杆802以及伸缩套筒803进行调节。

具体来说，对于测试装置而言，本实施例一提出一种实施方式，该实施方式包括：全景摄像头601；全景摄像头601设置在一体结构的若干测试单元4的一端(远离体应力测试钻孔进口的)，用于检测岩体应力测试钻孔1的内部环境。

具体来说，为了防止全景摄像头在拍摄内部环境时，被掉落的碎石砸中，或者本实施例一提出一种实施方式，该实施方式包括：检测装置还包括透明保护壳；透明保护壳套设在全景摄像头的外部，以防止全景摄像头在拍摄内部环境时被掉落的碎石砸中。

进一步地，对于第一传感器401、第二传感器402和第三传感器403而言，本实施例一提出一种实施方式，该实施方式包括：第一传感器401、第二传感器402和第三传感器403均包括：传感单元支撑壳体，传感单元支撑壳体为立方框结构；拉压应变计，拉压应变计设置在立方框结构的传感单元支撑壳体内，并与一感应膜片连接，感应膜片用于获取压应力或者拉应力。并且，在本实施例一中测试X、Y、Z三个方向的应力时，可对应将第一传感器401、第二传感器402和第三传感器403的感应膜片设置为与X、Y、Z同向。

实施例二：

一种用于岩体应力测试的装配式传感机构的施工方法，施工方法用于通过任意一项的用于岩体应力测试的装配式传感机构在岩体应力测试钻孔内进行应力测试，施工方法包括：获取岩体应力测试钻孔内的环境信息；依据环境信息判断岩体应力测试钻孔内是否为可通行环境，若是，则控制传感机构岩体应力测试钻孔的深度方向发生位移，以将所述用于岩体应力测试的装配式传感机构位移至所述岩体应力测试钻孔内的目标位置；对所述岩体应力测试钻孔进行注浆填充；在注浆结束后，测试岩体应力测试钻孔内的应力。

进一步地，对于获取岩体应力测试孔内的环境信息步骤而言，本实施例二提出一种实施方式，该实施方式包括：利用全景摄像头获取岩体应力测试孔内的图像信息；依据图像信息判断岩体应力测试钻孔内是否为可通行环境；若是，则控制传感机构岩体应力测试钻孔的深度方向发生位移，以测试岩体应力测试钻孔内的应力；可通行环境为岩体应力测试钻孔内无阻挡物。

进一步地，对于获取岩体应力测试孔内的环境信息步骤而言，本实施例二还提出一种实施方式，该实施方式包括：利用全景摄像头获取岩体应力测试孔内的图像信息；若图像信息显示岩体应力测试孔内存在阻挡物，则判定岩体应力测试钻孔内为不可通行环境。

由于该实施例二与实施例一为同一发明构思下的一个实施例，其部分结构完全相同，因此对实施例二中与实施例一实质相同的结构不在详细阐述，未详述部分请参阅实施例一即可。

最后应说明的是：以上上述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述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：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种用于岩体应力测试的装配式传感机构，所述传感机构用于在岩体应力测试钻孔内进行应力测试，其特征在于，所述传感机构包括：

若干测试单元，且若干所述测试单元之间通过连杆连接为一体结构，用于装入所述岩体应力测试钻孔以对所述岩体应力测试钻孔进行应力测试；每一所述测试单元均包括：第一传感器、第二传感器和第三传感器，所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器对应用于测试所述应力测试钻孔内的X、Y、Z轴方向的应力信息，并将所述应力信息发送至手持终端或远程服务器；

推杆，所述推杆设置在所述若干测试单元的另一端，用于推动所述一体结构的所述若干测试单元朝所述应力测试钻孔的深度方向发生位移；

测角仪，所述测角仪设置在所述推杆上，所述测角仪用于测试所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器的三维姿态；

检测装置，所述检测装置设置在所述一体结构的前端，用于在伸入所述岩体应力测试钻孔时检测所述岩体应力测试钻孔的内部环境信息，并将所述环境信息发送至所述手持终端或远程服务器；

至少一对行走装置，至少一对所述行走装置对应设置在所述一体结构的两端；所述行走装置包括：

支撑板和四个行走轮，所述支撑板设置在所述一体结构的对应端部，所述支撑板为正方形结构，所述四个行走轮对应设置在所述支撑板的四角，当所述一体结构被推动时，所述四个行走轮均沿所述岩体应力测试钻孔的内壁贴合行走；

设置在所述行走轮与所述支撑板之间的伸缩装置，所述伸缩装置包括：伸缩套筒、伸缩杆和弹簧，所述伸缩套筒的一端与所述行走轮连接，所述伸缩套筒内具有容纳所述伸缩杆的收容空间，所述伸缩杆的一端与所述支撑板连接，所述弹簧套设在所述伸缩杆上，且所述弹簧的一端与所述伸缩套筒的另一端固定连接，在所述伸缩套筒抵压所述弹簧朝向所述支撑板收缩时，所述伸缩套筒通过所述收容空间容纳所述伸缩杆。

2.根据权利要求1所述的用于岩体应力测试的装配式传感机构，其特征在于，所述检测装置为全景摄像头；

所述全景摄像头设置在一体结构的一端，用于检测所述岩体应力测试钻孔的内部环境。

3.根据权利要求2所述的用于岩体应力测试的装配式传感机构，其特征在于，所述检测装置还包括透明保护壳；

所述透明保护壳套设在所述全景摄像头的外部。

4.根据权利要求1所述的用于岩体应力测试的装配式传感机构，其特征在于，所述第一传感器所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器均包括：

传感单元支撑壳体，所述传感单元支撑壳体为立方框结构；

拉压应变计，所述拉压应变计设置在所述立方框结构内，并与一感应膜片连接，所述感应膜片用于获取所述岩体应力测试钻孔内的压应力或者拉应力。

5.一种用于岩体应力测试的装配式传感机构的施工方法，所述施工方法用于如权利要求1-4任意一项所述的用于岩体应力测试的装配式传感机构，其特征在于，所述施工方法包括：

获取岩体应力测试钻孔内的环境信息；

依据所述环境信息判断所述岩体应力测试钻孔内是否为可通行环境，若是，则控制所述传感机构朝向所述岩体应力测试钻孔的深度方向发生位移，以将所述用于岩体应力测试的装配式传感机构位移至所述岩体应力测试钻孔内的目标位置；

对所述岩体应力测试钻孔进行注浆填充；

测试所述岩体应力测试钻孔内的应力。

6.根据权利要求5所述的用于岩体应力测试的装配式传感机构的施工方法，其特征在于，所述获取所述岩体应力测试孔内的环境信息包括：

利用全景摄像头获取所述岩体应力测试孔内的环境图像信息；依据所述图像信息判断所述岩体应力测试钻孔内是否为可通行环境；

若是，则控制所述传感机构朝向所述岩体应力测试钻孔的深度方向发生位移；

若否，则控制所述传感机构停止移动。