CN203719798U - 高灵敏度钻孔变形计 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高灵敏度钻孔变形计，主要应用于高应力地区的地应力测量，属于岩土工程技术领域。本实用新型的高灵敏度钻孔变形计改变现有传感器的结构形式，采用钢片代替36-2型钻孔变形计中的钢环式传感器。利用杠杆平衡原理，在钢片靠近触头的一端添加一个支点，将钢片的后端活动嵌入一个支架中约束其上下变形。电阻片贴置位置的钢片厚度小于整个钢片厚度。在套孔解除过程中，当触头发生位移时，通过支点将变形传到钢片嵌入端，由于嵌入端的约束，钢片将产生变形，使得触头的位移成倍地放大到电阻片贴置位置。本实用新型设计合理，结构简单，灵敏度高，稳定性好，适用于高应力下套孔应力解除法的地应力测量。

Description

高灵敏度钻孔变形计

技术领域

 本实用新型涉及一种高灵敏度钻孔变形计，主要应用于高应力地区的地应力测量，属于岩土工程技术领域。 

背景技术

随着矿山开采深度增加和条件趋于复杂，以及越来越多的水利水电、交通、国防和基础物理实验等工程在深部和我国强烈构造活动区兴建，高强度岩爆、持续大变形和大体积塌方等深部工程灾害造成的人员伤亡、停工停产等工程事故居高不下，造成的经济损失触目惊心。初始高应力是形成上述灾害以及影响不同类型灾害形成机制的最直接的控制因素。因此，准确测量出深埋高地应力条件下工程区的初始地应力是进行高强度岩爆、持续大变形和大体积塌方等深部工程灾害风险合理评估、准确预测以及可靠防控的前提和关键，这已成为近年来深部工程研究领域的一个热点和重要发展方向。 

目前工程上应用最广泛的应力测量方法是水压致裂法和套孔应力解除法。由于水压致裂法存在必须事先假定地应力张量的一个主方向与钻孔轴向一致的局限，因此，套孔应力解除法因其可靠性和稳定性被认为是获得空间三维应力的理想测试方法。套孔解除法中变形法和应变计法应用广泛，主要有以下几种方法： 

(1)岩土力学（1983年，第4卷第1期）36-2型钻孔变形计的组装工艺和现场应用；

(2)岩土力学（1987年，第8卷第3期）空心包体式孔壁应变计。

应变计法精度和可靠性不高，操作麻烦；变形法操作相对便利，精度和可靠性较高。工程中套孔解除法使用最多的是36-2型钻孔变形计，但目前36-2型钻孔变形计采用的传感器为钢环式传感器，与传感器解触的触头不在同一个平面上。套孔应力解除过程中将应力释放产生的钻孔变形转化为钢环的变形，由于钢环厚度制约钢环变形微小，致使传感器灵敏度受限，无法进一步提高，无法满足高应力区地应力测量的灵敏度的要求。 

发明内容

针对上述存在问题，本实用新型的目的在于提供一种可满足孔径变形微小的情况下地应力测量的钻孔变形计。 为了实现上述目的，本实用新型的技术解决方案为： 

高灵敏度钻孔变形计，包括外壳、传感器、锥形卡紧器、触头及电缆，所述传感器由八个贴有电阻片的钢片构成，钢片两个为一组，对称布置，相邻组钢片之间的夹角为45°，铰接装置一端固定在外壳的内壁上，另一端固定在钢片的平面上，触头位于铰接装置的前方，八个触头在同一平面上，触头分别活动贯通外壳与钢片前端平面活动接触，支架设置在外壳内，八个钢片的后端分别活动嵌入在支架内，连接电阻片的电缆经接线板由电缆压紧圈和锥形卡紧器内引出。钢片的嵌入端平面的中心线与外壳内壁的距离小于铰接处钢片与外壳内壁的距离。电阻片贴置位置的钢片厚度小于整个钢片厚度。

本实用新型的高灵敏度钻孔变形计改变现有传感器的结构形式，采用钢片代替36-2型钻孔变形计中的钢环式传感器。利用杠杆平衡原理，在钢片靠近触头的一端添加一个支点，将钢片的后端活动嵌入一个支架中约束其上下变形。将电阻片贴在钢片嵌入端的前方，贴电阻片的截面厚度小于钢片厚度，形成变刚度片，将变形集中在电阻片贴置位置，以提高传感器的灵敏度。在套孔解除过程中，当触头发生位移时，通过支点将变形传到钢片嵌入端，由于嵌入端的约束，钢片将产生变形，使得触头的位移成倍地放大到电阻片贴置位置。另外钢片的嵌入端平面的中心线与外壳内壁的距离小于铰接处钢片与外壳内壁的距离，当钻孔变形计装入测试孔产生预压缩时，钢片产生足够的变形，以测得套孔解除过程中应力释放产生钻孔直径增大的情况下的钻孔变形。 

本实用新型设计合理，结构简单，灵敏度高，稳定性好，适用于高应力下套孔应力解除法的地应力测量。 

附图说明

图1为本实用新型钻孔变形计结构示意图 

图2为本实用新型钢片传感器安装示意图

图3为本实用新型钻孔变形计触头位置分布图

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的高灵敏度钻孔变形计作进一步详细说明。 

见附图 

高灵敏度钻孔变形计，变形计由外壳2、传感器、锥形卡紧器8、触头3、电缆9、支架5、铰接装置4、电缆压紧圈7及接线板6组成，所述传感器由八个贴有电阻片10的钢片1构成，钢片1两个为一组，沿着外壳2的内壁对称布置，设置在外壳2内部，相邻组钢片1之间的夹角为45°，铰接装置4一端固定在外壳2的内壁上，另一端固定在钢片1的平面上，触头3位于铰接装置4的前方，铰接装置4至触头3的距离小于铰接装置4至支架5的距离。八个触头3在同一平面上，触头3分别活动贯通外壳2与钢片1前端平面活动接触，支架5设置在外壳1内，八个钢片1的后端分别活动嵌入在支架5内，连接电阻片10的电缆9经接线板6由电缆压紧圈7和锥形卡紧器8内引出。钢片1的嵌入端平面的中心线与外壳2内壁的距离小于铰接处钢片1与外壳2内壁的距离。电阻片10贴置位置的钢片1厚度小于整个钢片1厚度，形成变刚度片，以集中钢片1的变形在电阻片10贴置位置。

本实用新型位移的传递过程为：当套孔解除过程中钻孔产生变形时，促使钻孔变形计的触头3发生位移，带动钢片1的前端发生同步的位移，使得由铰接装置4与钢片1组成的杠杆由于杠杆平衡原理在钢片1的后端产生一个放大的位移，此时由于活动嵌入的约束关系阻止位移的发生，钢片1将发生变形，变形集中在钢片1的变刚度处。由此钻孔的变形集中在电阻片10贴置位置反映出来，再通过此处的电阻片10将变形转换为电信号。 

Claims (3)

1.高灵敏度钻孔变形计，包括外壳（2）、传感器、锥形卡紧器（8）、触头（3）及电缆（9），其特征在于：所述传感器由八个贴有电阻片（10）的钢片（1）构成，钢片（1）两个为一组，对称布置，相邻组钢片之间的夹角为45°，铰接装置（4）一端固定在外壳（2）的内壁上，另一端固定在钢片（1）的平面上，触头（3）位于铰接装置（4）的前方，八个触头（3）在同一平面上，触头（3）分别活动贯通外壳（2）与钢片（1）前端平面活动接触，支架（5）设置在外壳（2）内，八个钢片（1）的后端分别活动嵌入在支架（5）内，连接电阻片（10）的电缆（9）经接线板（6）由电缆压紧圈（7）和锥形卡紧器（8）内引出。

2.如权利要求1所述的高灵敏度钻孔变形计，其特征在于：钢片的嵌入端平面的中心线与外壳（2）内壁的距离小于铰接处钢片（1）与外壳（2）内壁的距离。

3.如权利要求1所述的高灵敏度钻孔变形计，其特征在于：电阻片贴置位置的钢片（1）厚度小于整个钢片（1）厚度。