基于磁栅传感器的围岩钻孔应力计的制作方法

本发明涉及一种用于测量围岩应力的围岩钻孔应力计，具体地说，涉及一种基于磁栅传感器的围岩钻孔应力计。本发明属于地下工程安全监测。

背景技术：

1、大型水利水电工程的特点是建筑规模大，在其地下厂房、硐室、隧洞开挖建设过程中，强烈的围岩应力转移极易诱发岩爆、围岩大变形、片帮、垮落等工程灾害，严重制约施工进度，威胁人员与设备安全，因此，加强地下硐室、隧洞施工过程中围岩应力演化特征监测是保证大型水利水电工程安全施工、高效推进的前提。

2、目前，水利水电工程硐室、隧洞的围岩应力监测存在监测手段匮乏、监测精度不高的问题，导致无法准确地研判高地应力的变化、岩体变形的趋势、围岩的卸荷作用以及渗透压力的变化等。究其原因，一方面，常规的监测设备如振弦式钻孔应力计是通过将围岩钻孔应力转化成围岩钻孔变形，再将围岩钻孔变形转化成振弦式钻孔应力计壳体变形，再将壳体变形进一步转换成振弦频率变化，通过读取振弦频率变化并将其换算成应力从而实现围岩应力的监测。由于物理量的多次转换，对应力测量精度存在一定影响，导致监测精度不高，较难满足高精度的围岩应力监测需求；另一方面，硐室围岩弹性模量普遍较高，当围岩应力变化显著时，围岩内钻孔变形量依然较小，振弦式钻孔应力计壳体变形量更小，导致监测结果不准确、监测精度不高。

技术实现思路

1、为了解决水利水电工程中地下工程围岩应力监测难题，本发明的目的是提供一种基于磁栅传感器的围岩钻孔应力计。通过该围岩钻孔应力计实现围岩应力的高效、精准监测，为灾变行为的实时安全预警提供可靠的参考数据。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于磁栅传感器的围岩钻孔应力计，它包括圆柱形壳体、上钢片、下钢片、长条形楔形块、圆弧形承压块和磁栅传感器；

3、所述圆柱形壳体由不锈钢材料制成，其长度为40mm-100mm，壁厚为10mm-35mm，内腔半径为10mm；在其外壁上开有一条用于容置所述长条形楔形块的纵向坑槽，该纵向坑槽的深度为5-10mm；

4、所述圆弧形承压块由不锈钢材料制成，其长度为40mm-80mm，其弧形边紧贴围岩钻孔内壁；其内壁上开有一条用于容置所述长条形楔形块的纵向凹槽；

5、所述长条形楔形块的长度为50mm-125mm，宽度为10mm-15mm，顶角为5°-15°，由不锈钢材质制成；

6、所述圆柱形壳体、长条形楔形块和圆弧形承压块沿围岩钻孔轴向平行设置，所述长条形楔形块容置在所述纵向坑槽和纵向凹槽形成的空间内，并可在所述纵向坑槽和纵向凹槽形成的空间内滑动，使所述圆弧形承压块和圆柱形壳体均紧密贴合围岩钻孔的内壁，三者紧密贴合成为一个整体；

7、在所述圆柱形壳体的内腔上顶面、下底面分别刚性连接有所述上钢片和下钢片；所述上钢片和下钢片平行设置，两者水平投影间距为0.1mm-0.3mm；所述上钢片和下钢片的长度为0.5-0.8倍的所述圆柱形壳体内腔直径；

8、所述上钢片和下钢片在所述圆柱形壳体内腔中相对设置；

9、在所述上钢片和下钢片的表面分别粘贴有所述磁栅传感器。

10、优选地，所述上钢片固定在靠近所述长条形楔形块的圆柱形壳体内腔内壁上，所述下钢片固定在对面、远离所述长条形楔形块的圆柱形壳体内腔的另一侧内壁上。

11、优选地，所述圆柱形壳体最佳外半径为20mm。

12、优选地，所述磁栅传感器的位移量程需满足1-1000微米，其精度为0.1-1微米。

技术特征：

1.一种基于磁栅传感器的围岩钻孔应力计，其特征在于：它包括圆柱形壳体、上钢片、下钢片、长条形楔形块、圆弧形承压块和磁栅传感器；

2.根据权利要求1所述的基于磁栅传感器的围岩钻孔应力计，其特征在于：所述上钢片固定在靠近所述长条形楔形块的圆柱形壳体内腔内壁上，所述下钢片固定在对面、远离所述长条形楔形块的圆柱形壳体内腔的另一侧内壁上。

3.根据权利要求2所述的基于磁栅传感器的围岩钻孔应力计，其特征在于：所述圆柱形壳体最佳外半径为20mm。

4.根据权利要求1-3之一所述的基于磁栅传感器的围岩钻孔应力计，其特征在于：所述磁栅传感器的位移量程需满足1-1000微米，其精度为0.1-1微米。

技术总结本发明提供一种基于磁栅传感器的围岩钻孔应力计，它包括圆柱形壳体、上钢片、下钢片、长条形楔形块、圆弧形承压块和磁栅传感器。在圆柱形壳体的外壁上、圆弧形承压块的内壁上均开有一条用于容置长条形楔形块的纵向凹槽；长条形楔形块容置在两条纵向凹槽形成的空间内，滑动楔形块使圆弧形承压块和圆柱形壳体均紧密贴合围岩钻孔的内壁，感受围岩应力。在圆柱形壳体的内腔上顶面、下底面分别刚性连接有上钢片和下钢片；上钢片和下钢片平行设置，且不在一个轴向平面内；在上、下钢片的表面分别粘贴有磁栅传感器。将本发明围岩钻孔应力计内置在围岩钻孔内，通过磁栅传感器测量圆柱形壳体的变形计算围岩应力。技术研发人员：腾飏,刘冰,蒙承刚,张磊,张海堂,张国新,刘毅,李波,朱振泱,辛建达,郑磊受保护的技术使用者：江西凯润达精密仪器有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14