便攜式氣動脈沖地應力原位測試儀的制作方法
【專利摘要】本發明便攜式氣動脈沖地應力原位測試儀主要由信號發射系統、信號采集系統、數據處理系統、信息顯示系統組成。基于氣動脈沖原理，通過在測試空間中打設不同方向的實測鉆孔，將鉆孔探針置于實測鉆孔底部，通過紅外線定向控制經過加壓后的空氣脈沖沖擊實測鉆孔底部的巖石表面，使巖石表面壓陷，對變形量進行實時監測，基于力的平衡原理，通過微處理器對監測變形數據進行處理，從而計算出原巖應力的大小和方向。該儀器用于實現復雜地質條件下地應力原位測試的低成本化和可視化，在地應力原位測試中具有廣泛的適用性。
【專利說明】便攜式氣動脈沖地應力原位測試儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種地應力原位測試儀，尤其是一種便攜式的氣動脈沖測試儀器，用于復雜地質條件下的巖土工程，特別是地下空間工程的地應力原位測試技術中。
【背景技術】
[0002]隨著我國國民經濟建設快速穩步發展，在復雜地形地貌條件下修建大量的巖土工程已經基本涵蓋了能源、水利水電和交通運輸等各個方面。特別是對于地下空間工程而言，原位地應力的測量和相關的研究工作尤為重要。我國在20世紀首次成功進行原位地應力測試之后，在地應力測量方面積累的大量的研究成果。目前已經形成完整的地應力測試手段及分析方法，主要包括應力解除法、應力恢復法、水壓致裂法、鉆孔崩落法、震源機制分析法、地質資料分析法、巖石強度估計應力法、凱瑟效應法(Kaiser法)、原子磁性共振法、同位素法等，有效的滿足了地應力原位測試的基本要求，對于巖土工程的順利施工奠定了良好的基礎。由于巖土工程施工環境的復雜性和多變性，加之現有測試技術和測試方法操作工藝復雜，部分測試技術費用昂貴，且對地質環境(水、溫度、磁場)的適應性不強等因素造成地應力原位測試工作面臨諸多困難。缺少對原始地應力環境的準確把控是導致一系列巖土工程施工安全事故屢屢發生的根本誘因。提供一種攜帶方便、操作簡單、對地質環境適應性強的地應力原位測試儀器是復雜工程地質條件下巖土工程施工的客觀要求，也是豐富我國地應力原位測試技術體系的根本要求。為此,本發明提出一種便攜式氣動脈沖地應力原位測試儀，基于氣動脈沖原理，通過在原巖地質體中打設不同方向的實測鉆孔，將鉆孔探針置于實測鉆孔底部，通過紅外線定向控制高壓氣流沖擊巖石表面，使巖石表面壓陷，產生的應變通過信號探測器進行實時監測，通過微處理器對監測到的壓陷量進行處理，從而計算出原巖應力的大小和方向，在可視化的彩色電子顯示屏上顯示，用于實現復雜地質條件下地應力原位測試的低成本化和可視化。
【發明內容】
[0003]技術問題:本發明的目的是提供一種操作簡單、準確度高、數據處理方便可信的便攜式氣動脈沖地應力原位測試儀器，實現復雜巖土工程特別是地下空間工程中地應力的快速測定。
[0004]技術方案:本發明便攜式氣動脈沖地應力原位測試儀包括信號發射系統、信號采集系統、數據處理系統、信息顯示系統組成。其中數據處理系統和信號顯示系統全部封裝在留設USB接口的便攜式地應力原位測試儀中。所述的信號發射系統由鉆孔探針、進氣口、壓力平衡器、空氣加壓器、空氣噴頭、紅外定向控制器組成。信號采集系統包括變形監測儀和信號放大器組成。數據處理系統通過A/D轉換器將信號放大器傳輸的實測變形信號轉化為數據信號傳遞到微處理器進行數據處理，微處理器通過蓄電池提供動力。由彩色電子屏、壓力監測儀組成的信息顯示系統實時傳輸經過微處理器計算過的地應力實測值，所有實測數據和計算數據保存在內存卡中。[0005]有益效果:本發明應用地應力原位測試技術中，具體應用在復雜巖土工程特別是地下空間工程的地應力原位測試技術中，采用便攜式氣動脈沖地應力原位測試儀可以有效地減少傳統地應力原位測試的操作環節，實現了地應力原位測試的簡單化和低成本化。此夕卜，便攜式氣動脈沖地應力原位測試儀降低了儀器對于特殊地質條件適應性的嚴格要求，很大程度上減少了由于特殊環境帶來的測量誤差，保證了測試數據的科學性和準確性。同時，可視化信息顯示系統實現了井下實測數據的實時顯示和完整傳輸，最大限度的記錄數據。微處理器進行實測數據的處理規避了由于人工處理計算帶來的誤差，也降低了數據處理的程序，提高了實測數據的準確性。
[0006]便攜式氣動脈沖地應力原位測試儀結構緊湊，設計精巧合理，操作簡單，在巖土工程地應力原位測試方面具有廣泛的實用性，使復雜地質環境下的巖土工程地應力原位測試簡單化，保證了所有實測數據的真實可靠。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1是本發明便攜式氣動脈沖地應力原位測試儀基本原理示意圖。
[0008]圖2是本發明便攜式氣動脈沖地應力原位測試儀整體結構圖。
[0009]圖中:1_測試空間，2-實測鉆孔，3-便攜式氣動脈沖地應力原位測試儀，4-實測鉆孔底部，5-實測變形位置，6-理論變形位置，7-紅外定向控制器，8-啟動開關，9-彩色顯示屏，10-壓力平衡器，11-信號放大器，12-A/D信號轉換器，13-進氣口，14-內存卡，15-蓄電池，16-空氣加壓器，17-微處理器，18-手柄，19-壓力監測儀，20-鉆孔探針，21-空氣噴口，22-變形監測儀。
【具體實施方式】
[0010]下面結合附圖對本發明的一個實施例作進一步的描述:
圖1所示，本發明便攜式氣動脈沖地應力原位測試儀(3)安設在實測鉆孔(2)中，實測鉆孔按照任意方向均勻布置在待測工程地質體中，當加壓后的空氣到達實測鉆孔(4)底部時，根據力的平衡原理，實測鉆孔(4)底部的巖石應該到達理論變形位置(6)，由于地應力的存在，只到達實測變形位置(5)。由此計算得到該實測鉆孔(2)軸向位置的地應力大小。通過打設不同方向的實測鉆孔(2)，根據力的合成原理計算地應力的方向和大小。
[0011]圖2所示，本發明便攜式氣動脈沖地應力原位測試儀由信號發射系統、信號采集系統、數據處理系統、信息顯示系統組成。所述的信號發射系統的鉆孔探針(20)布置在實測鉆孔(2)底部，空氣流經過進氣口(13)到達空氣加壓器(16)，加壓后的空氣流經過壓力平衡器(10)后通過鉆孔探針(20)輸送到空氣噴頭(21)，當壓力監測儀(19)顯示經過空氣加壓器(16)和壓力平衡器(10)的空氣壓力達到預定值時，按動啟動開關(8)，加壓后的空氣流轉換為脈沖信號，沖擊實測鉆孔底部(4)，安裝在空氣噴頭(21)上的變形監測儀(22)將實測鉆孔(2)的實測變形位置(5)進行標記。信號采集系統中安裝在鉆孔探針(20)上的變形監測儀(22 )將采集到的巖體形變通過鉆孔探針(20 )傳輸到信號放大器(11)。數據處理系統中的A/D信號轉換器(12)將通過信號放大器(11)放大過的監測的數據轉化為數字信號后傳輸到微處理器(17)。微處理器(17)計算處理完成的信息通過彩色顯示屏(9)輸出。微處理器(17)和空氣加壓器(16)所需的動力通過蓄電池(15)提供。所有測試數據和處理 過的數據均存儲在內存卡(14)中。
【權利要求】
1.便攜式氣動脈沖地應力原位測試儀，基于氣動脈沖原理進行地應力原位測試；其特征在于:該便攜式氣動脈沖地應力原位測試儀通過空氣加壓后形成的高壓脈沖擠壓巖體產生形變，從而實現地應力的原位測試。
2.根據權利要求1所述的便攜式氣動脈沖地應力原位測試儀，其特征在于:所述的測試儀(I)通過其內部的空氣加壓器(16)對空氣流加壓形成脈沖信號，沖擊實測鉆孔底部(4)的巖體,使其產生形變。
3.根據權利要求1所述的便攜式氣動脈沖地應力原位測試儀，其特征在于:所述的測試儀(I)通過紅外定向控制器(7)調整空氣噴頭(21)的方向。
【文檔編號】G01V9/00GK103743501SQ201410024318
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月17日 優先權日:2014年1月17日
【發明者】趙紅超, 劉洪林, 張東升, 呂金星, 張曉雷, 溫穎遠, 張志強, 何秋 申請人:新疆大學