CN209727643U - 一种基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测装置，所述应力观测装置包括液压枕应力计、压力转换器、高压油泵、压力检测装置，所述液压枕应力计用于安装在预先制作好的岩体岩缝内，所述液压枕应力计与高压油泵相连，所述液压枕应力计与所述高压油泵之间的高压管路上设有压力转换器。该围岩切向应力观测方法操作简单，且不受岩体参数的影响。

Description

一种基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测装置

技术领域

本实用新型涉及岩石力学试验技术领域，具体是一种基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测装置。

背景技术

应力测试方法因测试基本原理不同以及不同需求，各有所长趋势。现实中，产生地应力的原因是十分复杂的，要弄清楚所有因素尚有困难。但就岩体工程建设本身而言，工程岩体中地应力的主要来源是岩体自重和各种地质构造运动，而实测地应力的工作具有直接、重要的意义。随着测试技术、测试理论及现代科技的进步，世界上地应力测定方法和技术已有上百种。根据不同的划分标准大致可分两大类，从测量内容上可分为绝对值测量和相对值测量，而依据绝对值测量基本原理又可分为直接测量法和间接测量法。

应力观测主要是测定不同时期岩体的应力状态，属于应力相对值测量。而传统的相对应力测量方法都属于应力间接测量方法，都要求岩体的弹性力学参数等参与计算。特别是洞室开挖过程中，岩体的弹性力学参数随开挖进度而有所变化，因此，观测的应力变化值误差随岩体的弹性力学参数取值误差有相当大的影响；岩体弹性力学参数取值不准确，从而导致应力观测值的不准确。

实用新型内容

本实用新型的内容是一种基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测装置，属于应力观测的一种直接测量法，解决的是围岩切向应力观测过程中不受岩体参数影响的关键技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测装置，包括液压枕应力计、压力转换器、高压油泵、压力检测装置，所述液压枕应力计用于安装在预先制作好的岩体岩缝内，所述液压枕应力计与高压油泵相连，所述液压枕应力计与所述高压油泵之间的高压管路上设有压力转换器；所述压力转换器包括箱体及设于箱体中的压力活塞、回流管、定位轴，定位轴竖直设于箱体的内部底壁上，回流管从箱体的内部底壁穿入后与定位轴平行设置，压力活塞滑动设于定位轴和回流管的上部；所述箱体位于压力活塞的上部空间设有与液压枕应力计连通的液压枕应力计连通管，所述箱体位于压力活塞的下部空间设有与高压油泵连通的压力转换器加压管，回流管通过高压油管与高压油泵连接。

进一步的，所述回流管为顶部密封内部中空的管状结构，其上部设有与内腔连通的通孔，压力活塞在沿着回流管、定位轴向上移动时会经过通孔。

进一步的，所述通孔孔径截面面积和与回流管截面面积相等。

进一步的，所述压力转换器还包括设于压力活塞的顶部与箱体的内壁顶部之间的弹簧。

进一步的，所述压力转换器还包括弹簧轴芯，弹簧轴芯的顶部与箱体的内壁顶部固定，弹簧套设在弹簧轴芯外围。

进一步的，所述加压管与高压油泵之间的高压管路上设置所述压力检测装置。

进一步的，所述压力检测装置为压力传感器或压力表，所述压力传感器与数据采集仪相连。

进一步的，液压枕应力计通过一个加压管路和一个回流管路与高压油泵相连接，其中加压管路上设有第一可调流量阀、压力传感器、压力表，回流管路上设有第二可调流量阀，压力传感器、压力表与数据采集仪相连；加压管与高压油泵之间的高压管路上设有第三可调流量阀，回流管与高压油泵之间的高压油管上设有第四可调流量阀、流量传感器，流量传感器与数据采集仪相连。

本实用新型可测定不同时期同一测试部位同一方向上应力状态变化，只需观测不同时期进行应力液压枕稳定回流量测定试验时的压力值即可，不同时期的观测压力值与初始压力值之差就是该测试部位的应力变化值，从而避免了传统方法因岩体参数取值不准确所导致应力观测值的不准确；同时，该应力观测方法操作简单。

附图说明

图1是本实用新型一种基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测装置其中一个实施例的结构示意图；

图2是本实用新型一个实施例中压力转换器的结构示意图。

图中：1—高压油泵、2—数据采集仪、3—流量传感器、4—压力表、5-1—第一压力传感器、5-2—第二压力传感器、6—压力转换器、7-1—第一可调流量阀、7-2—第二可调流量阀、7-3—第三可调流量阀、7-4—第四可调流量阀、8—液压枕应力计、9—砂浆混凝土、10—岩体、6-1—压力转换器加压管、6-2—定位轴、6-3—箱体、6-4—密封圈、6-5—压力活塞、6-6—通孔、6-7—回流管、6-8—弹簧、6-9—弹簧轴芯、6-10—液压枕应力计连通管。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参考图1，本实用新型提供一种基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测装置，包括液压枕应力计8、压力转换器6、高压油泵1、压力传感器、数据采集仪2等。

如图2所示，所述压力转换器6包括箱体6-3及设于箱体6-3中的压力活塞6-5、回流管6-7、定位轴6-2、弹簧6-9、弹簧轴芯6-8。定位轴6-2竖直设于箱体6-3的内部底壁上，回流管6-7从箱体6-3的内部底壁穿入后与定位轴6-2平行设置，压力活塞6-5滑动设于定位轴6-2和回流管6-7的上部，即压力活塞6-5可沿回流管6-7、定位轴6-2上下移动。定位轴6-2的上部设有限位部，例如阶梯状凸台，用于对压力活塞6-5进行限位，防止压力活塞6-5继续向下移动。压力活塞6-5间隔定位轴6-2一定距离竖直穿设有限位孔，回流管6-7从箱体6-3的内部底壁穿入后从所述限位孔伸出。

所述箱体6-3位于压力活塞6-5的上部空间设有与液压枕应力计8连通的液压枕应力计连通管6-10。所述箱体6-3位于压力活塞6-5的下部空间设有与高压油泵1连通的压力转换器加压管6-1。所述回流管6-7为顶部密封内部中空的管状结构，其上部设有与内腔连通的通孔6-6,压力活塞6-5在沿着回流管6-7、定位轴6-2向上移动时会经过通孔6-6，通孔6-6孔径截面面积和与回流管6-7截面面积相等，目的是形成稳定回流。所述回流管6-7的底部开口通过管道与高压油泵1的回流口连通。

压力活塞6-5的顶部与箱体6-3的内壁顶部之间设有弹簧6-9，弹簧6-9套设在弹簧轴芯6-8外围，弹簧轴芯6-8的顶部与箱体6-3的内壁顶部固定。通过弹簧6-9的作用可以减少压力活塞6-5在压力作用下的惯性运动。

所述压力转换器6中的压力活塞6-5与箱体6-3内壁、定位轴6-2、回流管6-7之间均设有密封圈6-4。通过压力活塞6-5上的密封圈6-4使液压枕应力计8与加压装置完全隔离。

液压枕应力计8通过两个高压管路(一个加压管路和一个回流管路)与高压油泵1相连接，主要目的是对液压枕应力计8进行预压。其中加压管路上设有第一可调流量阀7-1、压力传感器5-1、压力表4-1，回流管路上设有第二可调流量阀7-2，压力传感器5-1、压力表4-1与数据采集仪2相连。压力转换器6的加压管6-1通过高压管路与高压油泵1连接，加压管6-1与高压油泵1之间的高压管路上设有第三可调流量阀7-3、压力传感器5-2、压力表4-2，压力传感器5-2与数据采集仪2相连；压力转换器6的回流管6-7通过高压油管与高压油泵1连接，回流管6-7与高压油泵1之间的高压油管上设有第四可调流量阀7-4、流量传感器3，流量传感器3与数据采集仪2相连。

所述观测装置的工作原理为：

所述高压油泵1用于通过两个高压管路对液压枕应力计8进行预压，由于液压枕应力计8通过液压枕应力计连通管6-10与压力转换器6相连，当液压枕应力计8表面受到一个岩体切向应力增量ΔP作用下，液压枕应力计8通过其液压传递至压力转换器6中，并作用于压力活塞6-5上，压力活塞6-5在ΔP作用下向压力转换器6加压内腔移动。通过高压油泵1、压力转换器加压管6-1对转换器6加压内腔进行加压，压力活塞6-5在压力作用下回至其初始位置，直至压力活塞6-5两端的压力达成平衡，回流管6-7形成稳定回流，此时所观测的压力值(压力传感器5-2所测值或压力表4-2显示值)即为切向应力观测值，其观测值与初始值之差即为该部位的切向应力变化值。

本实用新型通过不同时期的切向应力观测值的测定就可以测定切向应力的变化值，主要解决的是围岩切向应力观测过程中不受岩体参数影响的关键技术问题，该应力观测方法操作简单。

采用本实用新进行基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测方法，具体包括如下步骤：

步骤1：首先，将液压枕应力计8安装在预先制作好的岩体10岩缝内，液压枕应力计8通过两个高压管路(一个加压管路和一个回流管路)与高压油泵1相连接，主要目的是对液压枕应力计8进行预压。其中加压管路上设有第一可调流量阀7-1、压力传感器5-1、压力表4-1，回流管路上设有第二可调流量阀7-2，压力传感器5-1、压力表4-1与数据采集仪2相连；液压枕应力计8与液压枕应力计连通管6-10连通。压力转换器6的加压管6-1通过高压管路与高压油泵1连接，加压管6-1与高压油泵1之间的高压管路上设有第三可调流量阀7-3和压力传感器5-2、压力表4-2，压力传感器5-2、压力表4-2与数据采集仪2相连；压力转换器6的回流管6-7通过高压油管与高压油泵1连接，回流管6-7与高压油泵1之间的高压油管上设有第四可调流量阀7-4、流量传感器3，第四可调流量阀7-4、流量传感器3与数据采集仪2相连。

步骤2：用与岩体弹性模量相近的砂浆混凝土9将液压枕应力计8固定在岩体10岩缝内。

步骤3：液压枕应力计8埋设后由于受砂浆混凝土9水化热的影响，应待初凝后进行预压，预压通过高压油泵1进行；预压值根据预估的初始切向应力值设置，待预压完毕后，应关闭与液压枕应力计8连通的第一可调流量阀7-1、第二可调流量阀7-2，使液压枕应力计8内部保持一定的预压值。

步骤4：初始值的确定如下：启动试验加压系统的高压油泵1进行加压，压力通过加压管6-1进入压力转换器6，作用于压力转换器6中的压力活塞6-5上，压力活塞6-5在压力作用下往压力转换器6中装有弹簧6-8方向移动。当压力活塞6-5运动至回流管6-7上的通孔6-6位置时，压力转换器6加压内腔与回流管6-7连通，回流管6-7开始回流；通过调节第三可调流量阀7-3加大加压流量，压力转换器6加压内腔的压力随着增大，压力活塞6-5继续往压力转换器6中装有弹簧6-8方向移动，直至压力活塞6-5移动至弹簧轴芯6-8的顶端(即回流管6-7的通孔6-6与压力转换器6加压内腔全部连通)，此时回流管6-7出现稳定回流(稳定回流可根据回流管6-7的通孔6-6通径确定，即压力转换器6加压内腔压力与液压枕应力计8内腔压力达成平衡，此时的压力值作为切向应力初始值)，保持一定的稳定时间(应为1min以上)，并记下该压力值作为切向应力初始值，此压力值可由压力传感器5-2或压力表4-2测定。

步骤5：切向应力观测试验步骤同步骤4。记下的该压力值作为切向应力观测值；切向应力观测值与切向应力初始值之间的差值就是切向应力的变化值。通过不同时期的切向应力观测值的测定就可以测定切向应力的变化值。每次切向应力观测试验完成后，均应关闭第三可调流量阀7-3、第四可调流量阀7-4，并使压力转换器6加压内腔中保持一定压力(其压力值应低于液压枕应力计8的压力值)。

本实用新型方法适用于各类岩体的切向应力观测，属于应力相对值测量。切向应力观测过程中只需观测不同时期进行应力液压枕稳定回流量测定试验时的压力值即可，属于应力观测的一种直接测量法。而目前传统的应力观测方法均属于应力间接测量方法，都要求不同时期岩体的弹性力学参数等参与计算；特别是洞室开挖过程中，岩体的弹性力学参数随开挖进度而有所变化，观测的应力变化值误差随岩体的弹性力学参数取值误差有相当大的影响；岩体弹性力学参数取值不准确，从而导致应力观测值的不准确。而本实用新型方法只需观测不同时期进行应力液压枕稳定回流量测定试验时的压力值即可，不同时期的观测压力值与初始压力值之差就是该测试部位的应力变化值，属于应力观测的一种直接测量法，从而避免了传统方法因岩体参数取值不准确所导致应力观测值的不准确；同时，该应力观测方法操作简单。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测装置，其特征在于：包括液压枕应力计(8)、压力转换器(6)、高压油泵(1)、压力检测装置，所述液压枕应力计(8)用于安装在预先制作好的岩体(10)岩缝内，所述液压枕应力计(8)与高压油泵(1)相连，所述液压枕应力计(8)与所述高压油泵(1)之间的高压管路上设有压力转换器(6)；所述压力转换器(6)包括箱体(6-3)及设于箱体(6-3)中的压力活塞(6-5)、回流管(6-7)、定位轴(6-2)，定位轴(6-2)竖直设于箱体(6-3)的内部底壁上，回流管(6-7)从箱体(6-3)的内部底壁穿入后与定位轴(6-2)平行设置，压力活塞(6-5)滑动设于定位轴(6-2)和回流管(6-7)的上部；所述箱体(6-3)位于压力活塞(6-5)的上部空间设有与液压枕应力计(8)连通的液压枕应力计连通管(6-10)，所述箱体(6-3)位于压力活塞(6-5)的下部空间设有与高压油泵(1)连通的压力转换器加压管(6-1)，回流管(6-7)通过高压油管与高压油泵(1)连接。

2.如权利要求1所述的基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测装置，其特征在于：所述回流管(6-7)为顶部密封内部中空的管状结构，其上部设有与内腔连通的通孔(6-6)，压力活塞(6-5)在沿着回流管(6-7)、定位轴(6-2)向上移动时会经过通孔(6-6)。

3.如权利要求2所述的基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测装置，其特征在于：所述通孔(6-6)孔径截面面积和与回流管(6-7)截面面积相等。

4.如权利要求1所述的基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测装置，其特征在于：所述压力转换器(6)还包括设于压力活塞(6-5)的顶部与箱体(6-3)的内壁顶部之间的弹簧(6-9)。

5.如权利要求4所述的基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测装置，其特征在于：所述压力转换器(6)还包括弹簧轴芯(6-8)，弹簧轴芯(6-8)的顶部与箱体(6-3)的内壁顶部固定，弹簧(6-9) 套设在弹簧轴芯(6-8)外围。

6.如权利要求1所述的基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测装置，其特征在于：所述加压管(6-1)与高压油泵(1)之间的高压管路上设置所述压力检测装置。

7.如权利要求6所述的基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测装置，其特征在于：所述压力检测装置为压力传感器或压力表，所述压力传感器与数据采集仪(2)相连。

8.如权利要求1所述的基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测装置，其特征在于：液压枕应力计(8)通过一个加压管路和一个回流管路与高压油泵(1)相连接，其中加压管路上设有第一可调流量阀(7-1)、压力传感器(5-1)、压力表(4-1)，回流管路上设有第二可调流量阀(7-2)，压力传感器(5-1)、压力表(4-1)与数据采集仪(2)相连；加压管(6-1)与高压油泵(1)之间的高压管路上设有第三可调流量阀(7-3)，回流管(6-7)与高压油泵(1)之间的高压油管上设有第四可调流量阀(7-4)、流量传感器(3)，流量传感器(3)与数据采集仪(2)相连。