本發(fā)明屬于深部巖體工程應(yīng)力測量領(lǐng)域，具體地涉及一種流變應(yīng)力恢復(fù)法地應(yīng)力測量的安裝裝置。

背景技術(shù)：

流變應(yīng)力恢復(fù)法是針對深部破碎軟弱圍巖而提出的一種地應(yīng)力測量新方法，該方法基于深部破碎軟弱圍巖的強流變力學(xué)性質(zhì)，采用在圍巖鉆孔中埋設(shè)多向壓力傳感器并注漿回填密實的方法來實現(xiàn)地應(yīng)力的測量。在多向壓力傳感器的安裝過程中需要解決兩個問題：一是將壓力傳感器埋設(shè)到指定位置，二是能夠知道壓力傳感器在鉆孔中的姿態(tài)?，F(xiàn)有技術(shù)中采用傳力柱方案來解決上述問題，即將壓力傳感器預(yù)先澆筑在水泥砂漿體中形成傳力柱，然后利用推桿直接將傳力柱推送至指定深度，并利用角度儀測量傳力柱與垂直方向的夾角來確定壓力傳感器的姿態(tài)。然而，在該方案的實際應(yīng)用中存在以下幾個問題：第一，由于孔壁圍巖破碎軟弱，容易掉塊，導(dǎo)致傳感柱被尖銳巖塊卡死的現(xiàn)象時常發(fā)生；第二，由于傳力柱與鉆孔之間的間隙非常狹小，漿液很難越過傳力柱使得鉆孔充填密實，鉆孔多點應(yīng)力測量更加難以實施；第三，由于只能測量與垂直方向的角度，沒有考慮與水平方向的夾角，因此壓力傳感器的姿態(tài)確定存在較大誤差。綜上，目前的安裝裝置難以適用于深部破碎軟弱圍巖的地應(yīng)力測量，需要發(fā)明新的裝置來保證流變應(yīng)力恢復(fù)法地應(yīng)力測量的順利實施。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種流變應(yīng)力恢復(fù)法地應(yīng)力測量的安裝裝置。

本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種流變應(yīng)力恢復(fù)法地應(yīng)力測量的安裝裝置，包括推送組件、定位組件以及固定組件，

推送組件包括若干推送段空心桿和套設(shè)在推送段空心桿上的三向可伸縮推送段滑輪，

定位組件包括定位段連接桿，定位段連接桿上套設(shè)有三向可伸縮定位段滑輪，定位段連接桿上還固定有焊接板，焊接板上電性連接有三維電子羅盤以及與三維電子羅盤連接的數(shù)據(jù)導(dǎo)線，定位段連接桿一端連接有轉(zhuǎn)接頭，轉(zhuǎn)接頭上設(shè)置有十字卡槽；

固定組件包括固定段連接桿和十字形卡件，固定段連接桿包括固定段連接桿身和固定段連接桿頭，十字形卡件包括卡桿和十字卡頭，固定段連接桿身一端與固定段連接桿頭一端連接，固定段連接桿身另一端與卡桿一端連接，卡桿另一端與十字卡頭連接，固定段連接桿頭另一端與壓力傳感器連接，固定段連接桿身上還套設(shè)有兩個三向可伸縮固定段滑輪，

推送段空心桿和定位段連接桿之間為螺紋連接；十字卡槽與十字形卡件之間為卡槽式連接；固定段連接桿頭與壓力傳感器之間為螺紋連接。

如上所述的三向可伸縮固定段滑輪包括三個沿固定段連接桿身周向均勻分布彈性滾輪件，三個彈性滾輪件中心軸線均與固定段連接桿身呈相同設(shè)定夾角，彈性滾輪件包括活塞軸、活塞、彈簧、套筒和萬向輪，活塞軸與設(shè)置在套筒內(nèi)并可在套筒內(nèi)往復(fù)運動的活塞連接，活塞與彈簧一端相連，彈簧另一端與套筒端部內(nèi)壁相抵，套筒與萬向輪連接。

如上所述的三向可伸縮推送段滑輪、三向可伸縮定位段滑輪的結(jié)構(gòu)與三向可伸縮固定段滑輪相同。

如上所述的固定段連接桿(4-1)的長度a小于等于b為兩個三向可伸縮固定段滑輪(4-3)之間的距離，θ為彈性滾輪件中心軸線與固定段連接桿身(4-1-1)之間的夾角，f為三向可伸縮固定段滑輪(4-3)與孔壁的靜摩擦系數(shù)。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：

適用于深部破碎軟弱圍巖的不平整鉆孔，能夠?qū)毫鞲衅黜樌扑椭林付咨睢⒖梢跃珳蚀_定壓力傳感器在鉆孔中的三維姿態(tài)、同時保證了漿液在鉆孔中的自由流動以及壓力傳感器埋設(shè)后的位置不發(fā)生改變。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體示意圖；

圖2為推送組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為定位組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為固定組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為推送段空心桿或定位段連接桿或固定段連接桿身為多根時兩端的連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為三向可伸縮固定段滑輪的軸向結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為三向可伸縮固定段滑輪的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為三維電子羅盤連接示意圖；

圖9為轉(zhuǎn)接頭、十字卡槽結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為十字形卡件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為固定段連接桿的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1、鉆孔；

2、推送組件；2-1、推送段空心桿；2-2、三向可伸縮推送段滑輪；

3、定位組件；3-1、定位段連接桿；3-2、三向可伸縮定位段滑輪；3-3、焊接板；3-4、三維電子羅盤；3-5、數(shù)據(jù)導(dǎo)線；3-6、轉(zhuǎn)接頭；3-7、十字卡槽；

4、固定組件；4-1、固定段連接桿；4-2、十字形卡件；4-3、三向可伸縮固定段滑輪；4-4、安全繩；4-1-1、固定段連接桿身；4-1-2、固定段連接桿頭；4-2-1、卡桿；4-2-2十字卡頭；

4-3-1、萬向輪；4-3-2、套筒；4-3-3、彈簧；4-3-4、活塞軸；4-3-5、活塞；

5、壓力傳感器；

6、公螺紋頭；7、母螺紋頭。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細的說明。

一種流變應(yīng)力恢復(fù)法地應(yīng)力測量的安裝裝置，包括推送組件2、定位組件3以及固定組件4，分別實現(xiàn)壓力傳感器埋設(shè)的推送功能、定位功能以及固定功能。

推送組件2包括若干推送段空心桿2-1和套設(shè)在推送段空心桿2-1上的三向可伸縮推送段滑輪2-2，推送段空心桿2-1和三向可伸縮推送段滑輪2-2的具體數(shù)量根據(jù)壓力傳感器的安裝深度確定。

定位組件3包括定位段連接桿3-1，定位段連接桿3-1上套設(shè)有三向可伸縮定位段滑輪3-2，定位段連接桿3-1上還固定有焊接板3-3，焊接板3-3上電性連接有三維電子羅盤3-4和數(shù)據(jù)導(dǎo)線3-5，定位段連接桿3-1一端連接有轉(zhuǎn)接頭3-6，轉(zhuǎn)接頭3-6上設(shè)置有十字卡槽3-7。

固定組件4包括固定段連接桿4-1和十字形卡件4-2，固定段連接桿4-1包括固定段連接桿身4-1-1和固定段連接桿頭4-1-2，十字形卡件4-2包括卡桿4-2-1和十字卡頭4-2-2。固定段連接桿身4-1-1一端與固定段連接桿頭4-1-2一端連接，固定段連接桿身4-1-1另一端與卡桿4-2-1一端連接，卡桿4-2-1另一端與十字卡頭4-2-2連接。固定段連接桿頭4-1-2另一端與壓力傳感器5連接，固定段連接桿身4-1-1上還套設(shè)固定有兩個三向可伸縮固定段滑輪4-3。

三向可伸縮固定段滑輪4-3包括三個彈性滾輪件，彈性滾輪件包括活塞軸4-3-4、活塞4-3-5、彈簧4-3-3、套筒4-3-2和萬向輪4-3-1，活塞軸4-3-4與設(shè)置在套筒4-3-2內(nèi)并可在套筒4-3-2內(nèi)往復(fù)運動的活塞4-3-2連接，活塞4-3-2與彈簧4-3-3一端相連，彈簧4-3-3另一端與套筒4-3-2端部內(nèi)壁相抵，套筒4-3-2與萬向輪4-3-1連接。

三向可伸縮推送段滑輪2-2、三向可伸縮定位段滑輪3-2的結(jié)構(gòu)與三向可伸縮固定段滑輪4-3相同：

三向可伸縮固定段滑輪4-3的三個彈性滾輪件沿固定段連接桿身4-1-1周向均勻分布，三向可伸縮固定段滑輪4-3的三個彈性滾輪件中心軸線均與固定段連接桿身4-1-1呈相同設(shè)定夾角；

三向可伸縮定位段滑輪3-2的三個彈性滾輪件沿定位段連接桿3-1周向分布，三向可伸縮定位段滑輪3-2的三個彈性滾輪件的中心軸線均與定位段連接桿3-1呈相同設(shè)定夾角；

三向可伸縮推送段滑輪2-2的三個彈性滾輪件沿推送段空心桿2-1周向分布，三向可伸縮推送段滑輪2-2的三個彈性滾輪件的中心軸線與推送段空心桿2-1呈相同設(shè)定夾角。

優(yōu)選的，推送段空心桿2-1、定位段連接桿3-1和固定段連接桿身4-1-1均可為多個，且通過螺紋連接。

安裝裝置在使用時從鉆孔孔口至孔底方向依次為推送組件2、定位組件3以及固定組件4；推送組件2的推送段空心桿2-1和定位組件3的定位段連接桿3-1之間為螺紋連接，均可回收重復(fù)使用；定位組件3的十字卡槽3-7與固定組件4的十字形卡件4-2之間為卡槽式連接，可自由分離；固定組件4的固定段連接桿頭4-1-2與壓力傳感器5之間為螺紋連接，埋設(shè)在鉆孔中，不回收。

三向可伸縮推送段滑輪2-2、三向可伸縮定位段滑輪3-2和三向可伸縮固定段滑輪4-3均采用三向等角度設(shè)計，每個方向的滑輪在受力情況下可以實現(xiàn)有限伸縮，以保證其在不平整鉆孔中良好的通過性。

在本安裝裝置的鉆孔內(nèi)實際使用過程中，推送組件2、定位組件3和固定組件4之間協(xié)同配合工作，共同實現(xiàn)裝置功能。

按照圖1中的方式，將定位組件3和固定組件4進行連接。依次將壓力傳感器5，固定組件4和定位組件3送入鉆孔。然后，將推送組件2中的推送段空心桿2-1和三向可伸縮推送段滑輪2-2進行螺紋連接。將連接好三向可伸縮推送段滑輪2-2后的推送段空心桿2-1與定位組件3的定位段連接桿3-1通過螺紋連接，將固定組件4的十字卡頭4-2-2卡入到定位組件3的十字卡槽3-7中。連接好后，用人工方式，將連接好后的裝置整體向鉆孔1深處方向推送。當(dāng)裝置整體接近完全推送入鉆孔內(nèi)時，在裝置整體末端繼續(xù)連接1個推送段空心桿2-1和1個三向可伸縮推送段滑輪2-2，并繼續(xù)重復(fù)向鉆孔內(nèi)推送的操作。在推送過程中，按照上述方式不斷補充1個推送段空心桿2-1和1個三向可伸縮推送段滑輪2-2，直到壓力傳感器5被推到鉆孔1的鉆孔孔底1-2。至此，安裝裝置的推送過程全部結(jié)束。

在上述安裝過程中，固定組件4的固定段連接桿頭4-1-2與壓力傳感器5通過螺紋連接，從而使得壓力傳感器5能夠被安裝裝置在鉆孔1內(nèi)向前推送。固定組件4的十字形卡件4-2，在推送過程中被定位組件3的十字卡槽3-7牢牢卡住，從而使得整個固定組件4能夠被后方定位組件3向前推送，并實現(xiàn)推送過程中，相對于鉆孔1中軸線旋轉(zhuǎn)角度的人為控制，此外，這種設(shè)計使得推送完成后，定位組件3的十字卡槽3-7能夠輕易從固定組件4的十字卡頭4-2-2上拔出來，從而通過人力使得定位組件3在退出鉆孔1的同時，不影響固定組件4和壓力傳感器5留在鉆孔1中。定位組件3上的三維電子羅盤3-4可以實時精準數(shù)字化記錄前方壓力傳感器5在推送過程中所處的三維空間姿態(tài)和角度，并將這些信息通過數(shù)據(jù)導(dǎo)線3-5傳遞出鉆孔1，從而使得安裝裝置操作人員能夠獲取并記錄這些信息。定位組件3后方的推送組件2理論上可以無限加長，以適應(yīng)不同深度的鉆孔1。隨著1個推送段空心桿2-1和1個三向可伸縮推送段滑輪2-2的不斷連入推送組件2中，推送組件2的長度不斷增加。在安裝裝置使用過程中，操作人員在鉆孔1外不斷將推送組件2向鉆孔內(nèi)方向推送。推送組件2帶動了安裝裝置整體向鉆孔內(nèi)方向推送，最終使得壓力傳感器5到達鉆孔1內(nèi)的指定位置。以上就是安裝裝置各組件之間協(xié)同配合完成安裝功能的詳細表述。

在推送過程中，直接實現(xiàn)安裝裝置整體能夠在鉆孔1內(nèi)自由推送的部件是結(jié)構(gòu)相同的三向可伸縮推送段滑輪2-2、三向可伸縮定位段滑輪3-2和三向可伸縮固定段滑輪4-3。利用萬向輪4-3-1與鉆孔1的內(nèi)壁緊密接觸，并通過萬向輪4-3-1的滾動使得安裝裝置整體在鉆孔1內(nèi)前后運動。

以三向可伸縮固定段滑輪4-3為例進行說明，萬向輪4-3-1通過套筒4-3-2和固定段連接桿身4-1-1進行連接。彈性滾輪件的中心軸線和固定段連接桿身4-1-1之間呈一定固定的角度，不可相互轉(zhuǎn)動，且套筒4-3-2內(nèi)含有彈簧4-3-3，彈簧4-3-3前端連有活塞4-3-5。因此萬向輪4-3-1可以通過彈簧4-3-3和活塞4-3-5實現(xiàn)一定程度的伸縮，從而使得三向可伸縮固定段滑輪4-3的整體外徑在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)變化。三向可伸縮固定段滑輪4-3按照上述方式進行設(shè)計，三向可伸縮固定段滑輪4-3通過套筒4-3-2的伸縮量設(shè)計原理如下：

假設(shè)圍巖鉆孔直徑為d，由于孔壁破碎軟弱導(dǎo)致圍巖鉆孔直徑收縮量為δd，三向可伸縮固定段滑輪4-3中每個單獨的彈性滾輪件的彈性滾輪件的中心軸線與鉆孔1橫截面的夾角為θr，如果三向可伸縮固定段滑輪4-3的三個彈性滾輪件的萬向輪4-3-1所在圓的外徑與圍巖鉆孔直徑相等，則三向可伸縮固定段滑輪4-3需要實現(xiàn)的伸縮量為：

δl＝δd/cosθr(1)

式中，δl為三向可伸縮固定段滑輪4-3需要滿足的伸縮量。

固定組件4的設(shè)計原理如下：

假設(shè)圍巖鉆孔向下的傾角為θ(單位：°)，待埋設(shè)壓力傳感器5的重量為g(單位：n)，固定組件4中固定段連接桿4-1的長度為a(單位：m)，即a為固定段連接桿身4-1-1和固定段連接桿頭4-1-2的總長度，兩個三向可伸縮固定段滑輪4-3之間的距離為b，單個三向可伸縮固定段滑輪4-3與孔壁的靜摩擦系數(shù)為f，三向可伸縮固定段滑輪4-3與固定段連接桿4-1的質(zhì)量忽略不計，若要保證固定組件4與壓力傳感器5連接后不發(fā)生自由滑動，則需要滿足下列關(guān)系式：

其中，f1為靠近壓力傳感器5的三向可伸縮固定段滑輪4-3與鉆孔1之間的法向力，該法向力是指三向可伸縮固定段滑輪4-3中的任意一個萬向輪4-3-1和鉆孔1內(nèi)壁接觸面上的法向力，因此，該法向力方向為，萬向輪4-3-1和鉆孔1內(nèi)壁的接觸點與接觸點所處的鉆孔橫截面的中心點的連接線的方向，該法向力的作用點為，萬向輪4-3-1和鉆孔1內(nèi)壁的接觸點，f2為另一三向可伸縮固定段滑輪4-3與鉆孔1之間的法向力。因此，三向可伸縮固定段滑輪4-3中的每一個萬向輪4-3-1都滿足式(2)。求解上式得到固定組件4設(shè)計需要滿足的關(guān)系為：

可以看出，固定組件4中固定段連接桿4-1的長度與壓力傳感器的重量無關(guān)，但與鉆孔的傾斜角度、萬向輪4-3-1與孔壁的摩擦系數(shù)以及兩個三向可伸縮固定段滑輪4-3的間距有關(guān)。

相對于壓力傳感器5的重力和推送過程中安裝裝置需要克服的摩擦阻力，固定組件4自身的重力可以忽略不計。在這種情況下，只需要固定組件4中固定段連接桿4-1的長度a和固定組件4中兩個三向可伸縮固定段滑輪4-3之間的距離b滿足上述長度比例關(guān)系，則可以僅僅依靠三向可伸縮固定段滑輪4-3與鉆孔1內(nèi)壁之間的摩擦力，使得壓力傳感器5牢固固定在鉆孔1中。

例如，假設(shè)固定組件4中兩個三向可伸縮固定段滑輪4-3之間的間距為20cm，萬向輪4-3-1與鉆孔1內(nèi)壁之間的摩擦系數(shù)為0.01，鉆孔1向下傾斜的角度為5°。根據(jù)式(3)，固定段連接桿4-1的長度a，即固定段連接桿身4-1-1和固定段連接桿頭4-1-2的總長需77.5cm。

假設(shè)鉆孔1孔徑為130mm，其孔徑變化幅度為10mm，三向可伸縮滑輪6-2與鉆孔截面的夾角為30°。根據(jù)式(1)，三向可伸縮滑輪6-2自身需要滿足的伸縮量為11.55mm。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或替代，但不會偏離本發(fā)明的精髓或者超越所附權(quán)利要求書外定義的范圍。