基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术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及方法，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；所述高压油泵用于对液压枕应力计进行预压，还用于向压力转换器施加压力，使压力转换器在压力作用下产生推动压力转换器中的压力活塞移动，通过所述压力检测装置测定在一定压力作用下压力转换器的稳定回流确定压力值，通过观测不同时期的压力值即可确定该岩体部位的围岩切向应力变化值。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。

【技术实现步骤摘要】
基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测装置及方法
本专利技术涉及岩石力学试验
，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及方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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及方法，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，本专利技术采用如下技术方案：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；所述高压油泵用于对液压枕应力计进行预压，还用于向压力转换器施加压力，使压力转换器在压力作用下产生推动压力转换器中的压力活塞移动，通过所述压力检测装置测定在一定压力作用下压力转换器的稳定回流确定压力值。进一步的，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。一种基于稳定回流量的围岩切向应力液压枕观测方法，其采用上述装置进行，所述方法包括如下步骤：步骤一：将液压枕应力计安装在预先制作好的岩体岩缝内；步骤二：用与岩体弹性模量相近的砂浆混凝土将液压枕应力计固定在岩体岩缝内；步骤三：待砂浆混凝土初凝后使用高压油泵进行对液压枕应力计进行预压，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连通的第一可调流量阀、第二可调流量阀，使液压枕应力计内部保持一定的预压值；步骤四：确定切向应力初始值：启动试验加压系统的高压油泵进行加压，压力通过加压管进入压力转换器，作用于压力转换器中的压力活塞上，压力活塞在压力作用下往压力转换器中装有弹簧方向移动，当压力活塞运动至回流管上的通孔位置时，压力转换器加压内腔与回流管连通，回流管开始回流；通过调节第三可调流量阀加大加压流量，压力转换器加压内腔的压力随着增大，压力活塞继续往压力转换器中装有弹簧方向移动，直至压力活塞移动至弹簧轴芯的顶端，此时回流管出现稳定回流，保持一定的稳定时间，并记下所述压力检测装置此时所测压力值作为切向应力初始值；步骤五：切向应力观测试验：步骤与步骤四相同，记下的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。本专利技术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是本专利技术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是本专利技术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专利技术中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述。参考图1，本专利技术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截面面积相本文档来自技高网...

【技术保护点】
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)；所述高压油泵(1)用于对液压枕应力计(8)进行预压，还用于向压力转换器(6)施加压力，使压力转换器(6)在压力作用下产生推动压力转换器中(6)的压力活塞移动，通过所述压力检测装置测定在一定压力作用下压力转换器(6)的稳定回流确定压力值。

【技术特征摘要】
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)；所述高压油泵(1)用于对液压枕应力计(8)进行预压，还用于向压力转换器(6)施加压力，使压力转换器(6)在压力作用下产生推动压力转换器中(6)的压力活塞移动，通过所述压力检测装置测定在一定压力作用下压力转换器(6)的稳定回流确定压力值。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。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)。4.如权利要求3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。5.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)。6.如权利要求5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。7.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...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘元坤，邬爱清，艾凯，黄书岭，李强，朱杰兵，尹健民，吴相超，郭喜峰，汪洋，周春华，李永松，李玫，李玉婕，韩晓玉，徐春敏，张新辉，付平，周朝，
申请(专利权)人：长江水利委员会长江科学院，
类型：发明
国别省市：湖北,42