專利名稱：一種巖石三維應(yīng)力狀態(tài)的光纖光柵測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及巖石應(yīng)力測(cè)試領(lǐng)域，尤其涉及一種巖石三維應(yīng)力狀態(tài)的測(cè)試裝置。
背景技術(shù)：
我國(guó)是世界上自然災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家之一，煤礦事故、泥石流及山體滑坡等災(zāi)害頻繁發(fā)生，造成的經(jīng)濟(jì)損失難以估計(jì)。而許多嚴(yán)重惡性事故的發(fā)生是由于對(duì)巖體應(yīng)力狀態(tài)及內(nèi)部缺陷不了解所造成。及時(shí)識(shí)別從微觀到宏觀的力學(xué)信號(hào)在巖石中的表征，并在危險(xiǎn)的破壞到來(lái)之前發(fā)出預(yù)警，已經(jīng)成為力學(xué)科學(xué)在新世紀(jì)中國(guó)發(fā)展中凸現(xiàn)出的9個(gè)關(guān)鍵力學(xué)問(wèn)題之一。在外載荷作用下，巖石中缺陷的萌生、長(zhǎng)大、擴(kuò)展和匯合的過(guò)程導(dǎo)致了巖石的最終破壞，因此巖石的變形破壞是一個(gè)損傷演化的過(guò)程。而巖石內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)，特別是原巖應(yīng)力被打破后三維應(yīng)力狀態(tài)的改變會(huì)對(duì)裂紋的起裂、擴(kuò)展及延伸起到至關(guān)重要的作用。因此，通過(guò)監(jiān)測(cè)手段及時(shí)掌握巖石三維應(yīng)力狀態(tài)信息，獲取裂紋擴(kuò)展的致裂機(jī)理，是減少災(zāi)害發(fā)生的最有效手段之一。目前，針對(duì)于巖石裂紋的發(fā)生、發(fā)展及破壞的巖石損傷力學(xué)檢測(cè)方法很多，如光學(xué)檢測(cè)法、CT、聲發(fā)射法、電磁輻射及紅外檢測(cè)等，但這些方法只能檢測(cè)巖石裂紋的擴(kuò)展及演化，很難實(shí)現(xiàn)外載荷作用下巖石內(nèi)部三維應(yīng)力的測(cè)試。即相比于致裂機(jī)理檢測(cè)方法，對(duì)巖石內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的檢測(cè)研究進(jìn)展不大，特別是針對(duì)于大型工程巖體內(nèi)部三維應(yīng)力狀態(tài)的長(zhǎng)期、有效檢測(cè)。就目前而言，對(duì)巖石內(nèi)部三維應(yīng)力狀態(tài)的檢測(cè)主要借助原始地應(yīng)力的檢測(cè)方法， 如水壓致裂法。所謂的水壓致裂法是指通過(guò)對(duì)巖石內(nèi)部打孔并注入高壓水使巖石破裂的方法測(cè)試巖石內(nèi)部應(yīng)力的一種方法，從本質(zhì)上講，水壓致裂法只是一種二維應(yīng)力測(cè)量方法，若要決定一個(gè)三維應(yīng)力場(chǎng)需打交匯于測(cè)點(diǎn)的三個(gè)互不平行的鉆孔，這幾乎是不可能的，且測(cè)量結(jié)果受巖石中的原生節(jié)理裂隙和人的經(jīng)驗(yàn)的因素影響極大。原始地應(yīng)力的測(cè)試與外載荷作用下內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的測(cè)試有著本質(zhì)的差別前者只是測(cè)量無(wú)外界擾動(dòng)下的原巖應(yīng)力，不存在應(yīng)力狀態(tài)改變及受載破壞的情況，后者則主要測(cè)試外界影響下如采動(dòng)下的應(yīng)力狀態(tài)的改變、應(yīng)力分布規(guī)律等，應(yīng)力信息動(dòng)態(tài)變化，且伴隨外載荷作用下巖石的變形及破裂。應(yīng)力解除法則是發(fā)展時(shí)間較長(zhǎng)，理論上較為成熟的一種測(cè)量方法。在應(yīng)力解除測(cè)量使用的各種儀器中，空心包體應(yīng)變計(jì)是被使用最多的一種儀器?？招陌w應(yīng)變計(jì)的主要組成部分是一個(gè)由鋼、銅臺(tái)金或其它硬質(zhì)金屬材料制成的空心圓柱，在其中心部位有一個(gè)壓力傳感元件，測(cè)量時(shí)首先在測(cè)點(diǎn)打一鉆孔，然后將該圓柱擠壓進(jìn)鉆孔中，以使圓柱和鉆孔壁保持緊密接觸，就像焊接在孔壁上一樣。理論分析表明，位于一個(gè)無(wú)限體中的剛性包體， 當(dāng)周圍巖體中的應(yīng)力發(fā)生變化時(shí)，在剛性包體中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)均勻分布的應(yīng)力場(chǎng)，該應(yīng)力場(chǎng)的大小和巖體中的應(yīng)力變化之間存在一定的比例關(guān)系。設(shè)在巖體中的X方向有一個(gè)應(yīng)力變
化O"那么在空心包體中的X方向會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力 <，如下公式所示[0006]
權(quán)利要求1.一種巖石三維應(yīng)力狀態(tài)的光纖光柵測(cè)試裝置，包括由光纖光柵網(wǎng)絡(luò)解調(diào)儀與計(jì)算機(jī)構(gòu)成的數(shù)據(jù)處理模塊，光纖光柵網(wǎng)絡(luò)解調(diào)儀的信號(hào)輸出端與計(jì)算機(jī)的信號(hào)輸入端連接，其特征在于還包括光纖光柵傳感結(jié)構(gòu)，光纖光柵傳感結(jié)構(gòu)由三個(gè)光纖光柵傳感器和用于安裝光纖光柵傳感器的基體，所述基體可隨巖石的形變產(chǎn)生形變，所述三個(gè)光纖光柵傳感器分別固定在基體表面的三維方向上；所述三個(gè)光纖光柵傳感器的信號(hào)輸出端均與光纖光柵網(wǎng)絡(luò)解調(diào)儀的信號(hào)輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖石三維應(yīng)力狀態(tài)的光纖光柵測(cè)試裝置，其特征在于所述的基體為立方體模塊，三個(gè)光纖光柵傳感器分別固定在立方體模塊的三個(gè)相鄰表面的三維方向上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖石三維應(yīng)力狀態(tài)的光纖光柵測(cè)試裝置，其特征在于所述的基體為圓柱體模塊，三個(gè)光纖光柵傳感器分別固定在圓柱體模塊的圓柱面的三維方向上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖石三維應(yīng)力狀態(tài)的光纖光柵測(cè)試裝置，其特征在于所述的基體為三棱錐體模塊，三個(gè)光纖光柵傳感器分別固定在三棱錐體模塊的三個(gè)相鄰表面的三維方向上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的巖石三維應(yīng)力狀態(tài)的光纖光柵測(cè)試裝置，其特征在于所述的基體為混凝土模塊。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種巖石三維應(yīng)力狀態(tài)的光纖光柵測(cè)試裝置，其中測(cè)試裝置包括由光纖光柵網(wǎng)絡(luò)解調(diào)儀與計(jì)算機(jī)構(gòu)成的數(shù)據(jù)處理模塊、由三個(gè)光纖光柵傳感器和用于安裝光纖光柵傳感器的基體，所述基體可隨巖石的形變產(chǎn)生形變，所述三個(gè)光纖光柵傳感器分別固定在基體表面的三維方向上；所述三個(gè)光纖光柵傳感器的信號(hào)輸出端均與光纖光柵網(wǎng)絡(luò)解調(diào)儀的信號(hào)輸入端連接。本實(shí)用新型可以測(cè)出微應(yīng)變級(jí)的變形量，因此可以在巖體破壞前作出及時(shí)的響應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)巖石內(nèi)部三維應(yīng)力的高精度測(cè)量，由此實(shí)現(xiàn)大型工程巖體長(zhǎng)期、有效的監(jiān)測(cè)，更有利于災(zāi)害的預(yù)防。
文檔編號(hào)G01L1/24GK201955182SQ20112005576
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月5日
發(fā)明者俞康建, 柴敬, 許力, 趙亞克, 馬智勇, 魏世明 申請(qǐng)人:河南理工大學(xué)