一种地下工程围岩集中应力区连续监测设备与方法技术

本发明专利技术属于岩土工程、矿山工程技术领域，具体涉及一种地下工程围岩集中应力区连续监测设备与方法，包括电源和电压差分析仪，还包括塑料棒、镀金片、膨胀软管和氯化钠溶液储存箱；电源与镀金片电性连接，电压差分析仪与电源电性连接，镀金片与塑料棒同轴固定连接，塑料棒与膨胀软管相配合，氯化钠溶液箱设有阀门，氯化钠溶液储存箱与膨胀软管连通。本发明专利技术通过离子节和磁环之间的位移而产生铁离子偏移导致电信号产生来解决不能真实反馈地下工程垂直集中应力的问题。程垂直集中应力的问题。程垂直集中应力的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种地下工程围岩集中应力区连续监测设备与方法


[0001]本专利技术用于岩土工程、矿山工程领域，具体涉及一种地下工程围岩集中应力区连续监测设备与方法。

技术介绍

[0002]地下空间工程集中应力对工程安全影响极大，准备找出集中应力分布区域，进而采取控制措施，是消除工程灾害的有效措施。
[0003]目前可采用众多技术测试或计算地下工程地应力或者三维地应力状态，就如专利号为CN107462354A的围岩压力监测装置，包括中部向上拱起的拱架（1），拱架（1）的拱形面位于左右竖直方向，拱架（1）采用钢材制成，拱架（1）的拱形外表面（2）上设有多个钢弦式压力盒（3），多个钢弦式压力盒（3）的底座与拱形外表面（2）安装相连，相邻的钢弦式压力盒（3）之间的间距为600mm—1000mm，多个钢弦式压力盒（3）的压力探测头沿着垂直于拱形外表面（2）的方向向外伸出，拱架（1）的拱形外表面（2）的外侧设有中部向上拱起的拱形传力钢板（4），拱形传力钢板（4）的拱形面位于左右竖直方向，多个钢弦式压力盒（3）的压力探测头分别顶在拱形传力钢板（4）上，拱形传力钢板（4）的上方具有围岩（5），围岩（5）与拱形传力钢板（4）之间的空隙采用混凝土（6）填充，拱形传力钢板（4）与拱架（1）的拱形外表面（2）之间不得有除了钢弦式压力盒（3）之外的任何其他支撑物体。该方案可减少或避免施工材料出现浪费，降低施工造价，安装使用非常方便的的围岩压力监测装置但是也存在如下问题：1、地应力测量集中在完整岩体钻孔测量方面，而围岩受到扰动影响，裂隙较为发育，应力分布离散性高，应力测量相对较为困难，且准确性低。2、扰动地应力随地下工程施工不断变化，目前常规钻孔方法只能测量固定位置应力，难以实时跟踪地应力动态变化。3、数值方法计算简化了地质条件，不能真实反映地质三维应力环境，且计算结果只能作为特定工况下的定性分析。

技术实现思路

[0004]本方案提供一种地下工程围岩集中应力区连续监测设备，用以解决不能真实反馈地质三维应力环境的问题。
[0005]为达到以上目的，本方案提供一种地下工程围岩集中应力区连续监测设备，包括电源和电压差分析仪，还包括塑料棒、镀金片、膨胀软管和氯化钠溶液储存箱；所述电源与镀金片电性连接，所述电压差分析仪与电源电性连接，所述镀金片与塑料棒同轴固定连接，所述塑料棒与膨胀软管相配合，所述氯化钠溶液箱设有阀门，所述氯化钠溶液储存箱与膨胀软管连通。
[0006]本方案的原理在于：当需要监测围岩应力时，找到事先打开的钻孔，操作者将塑料棒等间距的缠绕好镀金片，然后再用镀金片牵引一条连接电源，然后操作者将膨胀软管塞入钻孔内部，再将塑料棒推进膨胀软管内，到达指定深度后，打开氯化钠溶液箱阀门，将钠离子溶液灌入膨胀软管，直至膨胀软管与岩壁耦合接触。最后操作者密封膨胀软管，将镀金
片牵出来的导线连接到电压差分析仪，监测电压数值变化对地质进行三维应力分析。
[0007]本方案的有益效果在于：钠离子溶液的体积变化能够精确判断地下空间围岩集中应力区域，定量判断压力大小，对地下空间工程围岩地质灾害防控具有重要意义。
[0008]进一步，还包括气泵，所述气泵连通氯化钠溶液箱。通过气压将钠离子溶液排入膨胀软管内，能使得氯化钠离子溶液更好的与岩壁耦合接触。
[0009]进一步，所述气泵设有换向阀，所述换向阀连通膨胀软管。操作者将膨胀软管和塑料棒放入孔洞中后，换向阀连通膨胀软管，抽空膨胀软管内部气体，防止膨胀软管存在气体，气体在膨胀软管内游走时会产生围岩变动的错误信号。
[0010]进一步，还包括支撑环、固定盘和气囊，所述支撑环与塑料棒相配合，所述气囊位于支撑环内部，气囊与膨胀软管相配合，所述固定盘与塑料棒同轴心转动设置，所述固定盘与膨胀软管固定连接。固定盘用于密封膨胀软管，同时给塑料棒一端一个支撑点，支撑环先一步放入钻孔最深处，然后膨胀软管和塑料棒在放入钻孔，塑料棒末端放置在支撑环上，用以支撑塑料棒，防止长时间悬空导致末端下垂，发出错误信号。同时气囊与充满液体的膨胀软管耦合连接，当围岩内部温度变化时，气囊会因为热胀冷缩产生变化，影响到氯化钠溶液末端体积变化，操作者通过末端镀金片接受到的电信号来判断温度变化，能提醒操作者岩石内外温差变大，需要做防护措施来防止岩石开裂。
[0011]进一步，所述支撑环采用金属材质。金属材质能更加灵敏的接收到温度的变化，提高温度检测的准确性。
[0012]进一步，所述气囊采用橡胶材质，气囊内部通入二氧化碳气体。橡胶材质韧性好，防止气囊破裂，二氧化碳的气体膨胀系数目前已知，方便工作人员计算温度换算。
[0013]进一步，还包括气缸、聚光镜、第一接触片、第二接触片、齿轮和半齿条；所述气缸的输出轴与半齿条固定连接，所述半齿条与齿轮相配合，所述齿轮与塑料棒同轴心固定设置，所述聚光镜与气缸相配合，所述塑料棒上设有电极片，所述电极片与镀金片串联，所述第一接触片和第二接触片处于同一水平线上，所述第一接触片和第二接触片与电极片相配合，所述第一接触片和第二接触片均与电压差分析仪串联，所述第一接触片和第二接触片并联。
[0014]塑料棒由于是悬空状态，难免中间会出现弯曲，发出错误信息，导致工作人员以为围岩发生变化，初始状态下，电极片和第一接触片接触，电压差分析仪能收集数据，气缸内部有沸点为56度的丙酮溶液，当在白天有太阳时，聚光镜聚集阳光照射在气缸上，丙酮溶液沸腾，变为气体，体积变大，气缸的输出轴上移，带动半齿条上移，与齿轮啮合，塑料棒转动，使得电极片与第一接触片没有接触，电压差分析仪停止收集数据，排除不需要的数据，塑料棒旋转180度后，电极片与第二接触片接触，电压差分析仪继续接收这段电信号，然后半齿条继续上升，与齿轮不再啮合，塑料棒正好旋转半圈，夜晚时温度降低，气缸的输出轴下移，半齿条与齿轮再次啮合，塑料棒反转180度，重复上述步骤，旋转时，电压差分析仪因为电极片和第二接触片断开没有收集数据，停止后，电极片和第一接触片接触，电压差分析仪继续收集数据。白天塑料棒一侧受到重力影响，晚上另一侧受到重力影响，这样塑料棒两侧收重力影响被抵消，排除了塑料棒因重力影响导致弯曲变形，最终数据不准确的问题。
[0015]进一步，所述电压差分析仪设有延时开关和警报灯。当电压差分析仪短时间断电时，电压差分析仪不采集数据，当电压差分析仪长时间断电时，说明设备出现问题，警报灯
亮起。
[0016]本方案还公开了一种地下工程围岩集中应力区连续监测方法，包括以下步骤：一种地下工程围岩集中应力区连续监测设备的方法，包括以下步骤：步骤S10：先在待测处钻水平的孔，再准备一根塑料棒，在地面上安装单片机与ID，塑料棒上固定布置等间距的镀金片，每个镀金片通过导线互相串联连接通向钻孔外的电源；步骤S20：再准备一个断面为圆形且与钻孔长度相匹配的膨胀软管，将膨胀软管推送至钻孔中；步骤S30：将安装有镀金片的塑料棒推入钻孔内的膨胀软管中，然后在膨胀软管中充入氯化钠离子溶液，增加充入压力，使膨胀软管膨胀变形并与钻孔壁岩体耦合接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地下工程围岩集中应力区连续监测设备，包括电源和电压差分析仪，其特征在于，还包括塑料棒、镀金片、膨胀软管和氯化钠溶液储存箱；所述电源与镀金片电性连接，所述电压差分析仪与电源电性连接，所述镀金片与塑料棒同轴固定连接，所述塑料棒与膨胀软管相配合，所述氯化钠溶液箱设有阀门，所述氯化钠溶液储存箱与膨胀软管连通。2.根据权利要求1所述的一种地下工程围岩集中应力区连续监测设备，其特征在于：还包括气泵，所述气泵连通氯化钠溶液箱。3.根据权利要求2所述的一种地下工程围岩集中应力区连续监测设备，其特征在于：所述气泵设有换向阀，所述换向阀连通膨胀软管。4.根据权利要求2所述的一种地下工程围岩集中应力区连续监测设备，其特征在于：还包括支撑环、固定盘和气囊，所述支撑环与塑料棒相配合，所述气囊位于支撑环内部，气囊与膨胀软管相配合，所述固定盘与塑料棒同轴心转动设置，所述固定盘与膨胀软管固定连接。5.根据权利要求4所述的一种地下工程围岩集中应力区连续监测设备，其特征在于：所述支撑环采用金属材质。6.根据权利要求4所述的一种地下工程围岩集中应力区连续监测设备，其特征在于：所述气囊采用橡胶材质，气囊内部通入二氧化碳气体。7.根据权利要求1所述的一种地下工程围岩集中应力区连续监测设备，其特征在于：还包括气缸、聚光镜、第一接触片、第二接触片、齿轮和半齿条；所述气缸的输出轴与半齿条固定连接，所述半齿条与齿轮相配合，所述齿轮与塑料棒同轴心固定设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨红运，王翔，谢宇，林志，陈相，冯万林，许章隆，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：