一种开采扰动下三维扰动应力动态演化测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种开采扰动下三维扰动应力动态演化测量装置，包括外钢筒，外钢筒上设置有三个三向传感单元，每个三向传感单元的三个应力测量方向两两垂直，三个三向传感单元的九个应力测量方向均不相同。还公开了一种开采扰动下三维扰动应力动态演化测量方法，本发明专利技术采用斜向三垂直方向测量应力，较好地解决了钻孔中三维应力测量的难题；采用三个三向传感单元，测得了空间应力值，进而计算出该钻孔处扰动主应力大小及方向。本发明专利技术采用了应变片测得的应变来推弹簧钢的弯曲段位移，进而得到传动杆上的推力，从而得到围岩压力，避免了混凝土和围岩的弹性模量测量的不准确造成的误差。

A Measuring Device and Method for Dynamic Evolution of Three-Dimensional Disturbance Stress under Mining Disturbance

The invention discloses a measuring device for dynamic evolution of three-dimensional disturbance stress under mining disturbance, which comprises an external steel cylinder with three three three-dimensional sensing units. The three stress measuring directions of each three-dimensional sensing unit are two or two vertical, and the nine stress measuring directions of three three three-dimensional sensing units are different. A dynamic evolution measurement method of three-dimensional disturbance stress under mining disturbance is also disclosed. The method adopts oblique three-vertical direction to measure stress, which solves the difficult problem of three-dimensional stress measurement in boreholes. Three three three-dimensional sensing units are used to measure the spatial stress value and then calculate the magnitude and direction of the disturbance principal stress at the borehole. The invention uses strain gauge to push the bending displacement of spring steel, and then obtains the thrust force on the transmission rod, thereby obtaining the surrounding rock pressure, avoiding the error caused by inaccurate measurement of elastic modulus of concrete and surrounding rock.

【技术实现步骤摘要】
一种开采扰动下三维扰动应力动态演化测量装置及方法
本专利技术涉及微震监测领域，具体涉及一种开采扰动下三维扰动应力动态演化测量装置，还涉及一种开采扰动下三维扰动应力动态演化测量方法，适用于矿山(煤矿和非煤矿山)开采、油气田开发、水利水电与道路交通建设、水库蓄水、核废料储存、温室气体地下封存、海底资源开采、国防建设诱发的岩爆、顶板坍塌、地压冲击、滑坡、地震等工程灾害的安全监测、评估与管理。
技术介绍
岩土工程灾害的发生多是由于开挖/开采等外界变化的扰动或影响下，致使工程体的应力场发生了变化而导致的，但应力如何变化，其大小如何演化，其方向如何旋转，至今仍是研究的热点和难点。为此，专利技术了诸多应力监测设备和装置，但深入研究发现现有应力监测设备仍有以下不足需要进一步改进与提高：1)现有钻孔监测装置监测的应力方向分为沿洞轴方向或者横截面方向，大多监测线性或者平面应力，所测得的应力只能反映该点一维和二维的受扰动状况，不能很好的反应地层钻孔中的空间扰动情况。2)现有的钻孔监测装置，很少考虑监测扰动应力的主应力大小及方向演化。3)现有的钻孔监测装置多测量钻孔的位移和应变特征，进而根据周围岩体的弹性常本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开采扰动下三维扰动应力动态演化测量装置，包括外钢筒(2)，其特征在于，外钢筒(2)上设置有三个三向传感单元，每个三向传感单元的三个应力测量方向两两垂直，三个三向传感单元的九个应力测量方向均不相同。

【技术特征摘要】
1.一种开采扰动下三维扰动应力动态演化测量装置，包括外钢筒(2)，其特征在于，外钢筒(2)上设置有三个三向传感单元，每个三向传感单元的三个应力测量方向两两垂直，三个三向传感单元的九个应力测量方向均不相同。2.根据权利要求1所述的一种开采扰动下三维扰动应力动态演化测量装置，其特征在于，所述的三向传感单元包括设置在外钢筒(2)内的等效模量外壳(7)，等效模量外壳(7)中心设置有正方体固定架(12)，正方体固定架(12)的每个面的中心均设置有矩形槽(15)，矩形槽(15)的槽沿与弹簧钢(10)的项端连接，弹簧钢(10)的自由端位于矩形槽(15)的中心处，弹簧钢(10)靠近项端的两面设置有应变片(9)，弹簧钢(10)的自由端与传动杆(8)的内端上的传动头连接，传动杆(8)的内端通过外螺纹与等效模量外壳(7)上的螺纹贯通孔(11)连接，传动杆(8)的外端贯穿外钢筒(2)并位于外钢筒(2)外部，正方体固定架(12)的两个相对面对应的传动杆(8)同轴且轴线方向为应力测量方向。3.根据权利要求2所述的一种开采扰动下三维扰动应力动态演化测量装置，其特征在于，所述的外钢筒(2)上设置有安装管槽(4)，安装管槽(4)内设置有传动杆安装座(6)，传动杆(8)穿过传动杆安装座(6)，传动杆(8)和安装管槽(4)内壁之间设置有弹性密封圈(5)。4.一种开采扰动下三维扰动应力动态演化测量方法，利用权利要求2所述一种开采扰动下三维扰动应力动态演化测量装置，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立基础坐标系，基础坐标系的X轴为外钢筒(2)的轴线，基础坐标系的Y轴和Z轴垂直且位于垂直于外钢筒(2)的轴线的平面上，外钢筒(2)的轴线与钻孔的轴线重合，基础坐标系的X轴和Y轴位于水平面上；步骤2、将基础坐标系按照右手螺旋原则，以α度、β度、γ度依次对基础坐标系的X轴、Y轴、Z轴进行旋转变换，获得第一变换坐标系，定义第一变换坐标系的三轴分别为X'轴、Y'轴和Z'轴，外钢筒(2)上的第一个三向传感单元的三个应力测量方向分别为X'轴方向、Y'轴方向和Z'轴方向，以ζ度、η度、θ度依次对基础坐标系的X轴、Y轴、Z轴进行旋转变换，获得第二变换坐标系，定义第二变换坐标系的三轴分别为X”轴、Y”轴和Z”轴，外钢筒(2)上的第二个三向传感单元的三个应力测量方向分别为X”轴方向、Y”轴方向和Z”轴方向，以φ度、ω度、ψ度依次对基础坐标系的X轴、Y轴、Z轴进行旋转变换，获得第三变换坐标系，定义第三变换坐标系的三轴分别为X”'轴、Y”'轴和Z”'轴，外钢筒(2)上的第三个三向传感单元的三个应力测量方向分别为X”'轴方向、Y”'轴方向和Z”'轴方向，步骤3、通过外钢筒(2)上的三个三向传感单元，获得第一变换坐标系的X'轴方向、Y'轴方向和Z'轴方向上的应力分别为σx'、σy'、σz'，获得第二变换坐标系的X”轴方向、Y”轴方向和Z”轴方向上的应力分别为σx”、σy”、σz”，获得第三变换坐标系的X”'轴方向、Y”'轴方向和Z”'轴方向上的应力分别为σx”'、σy”'、σz”'，设定基础坐标系下的基础状态的应力为其中τyx和τxy的值相同，τzx和τzx的值相同，τzy和τyz的值相同，根据公式1、公式2和公式3通过迭代法求取基础状态的应力，5.根据权利要求4所述的一种开采扰动下三维扰动应力动态演化测量方法，其特征在于，包括以下步骤4：设基础坐标系下的主应力面的法线方向为(l,m,n)，主应力为σ，获得主应力求解方程，主应力求解方程为公式4(σx-σ)l+τyxm+τzxn＝0τxyl+(σy-σ)m+τzyn＝0τxzl+τyzm+(σz-σ)n＝0公式4根据l2+m2+n...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈炳瑞，李涛，魏凡博，朱新豪，王搏，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42