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地应力传感柱的制作方法与装置

阅读：793发布：2024-01-23

专利汇可以提供地应力传感柱的制作方法与装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种制作深部软岩地应力测试用的地应力传感柱的装置，包括合在一起形成圆柱体空间的模具底座和模具上盖，模具底座的两端有卡槽，用于插入前挡板和后挡板；模具底座的两条棱上有连接孔，可与固定架或模具上盖通过榫卯结构固定；固定架上有定位孔，固定头插入定位孔可上下移动和旋转，通过固定螺栓固定；固定头的下端具有与传感器的顶点契合的形状；前挡板和后挡板上也有连接孔，与定位架通过榫卯结构固定；定位架上有两个中心定位激光器和两个棱线定位激光器，中心定位激光器的光束可垂直通过固定架上的定位孔。使用该装置以水泥砂浆浇筑制作地应力传感柱，精确定位两个三向压力盒的空间相互关系，利于地应力的计算和测量。，下面是地应力传感柱的制作方法与装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种制作地应力传感柱的装置，其特征在于，包括合在一起形成圆柱体空腔的模具底座（7）和模具上盖（1），所述模具底座（7）的两端有卡槽（3），用于插入前挡板（2）和后挡板（5）；模具底座的两条棱上有连接孔（6），可与固定架（9）或模具上盖（1）通过榫卯结构固定；
所述固定架（9）上有定位孔（4），固定头（14）插入定位孔（4）可上下移动和旋转，通过螺栓（13）固定；所述固定头（14）的下端具有与三向压力盒的顶点契合的形状；
所述前挡板（2）和后挡板（5）上也有连接孔（6），与定位架（8）通过榫卯结构固定；定位架（8）上有两个中心定位激光器（10）和两个棱线定位激光器（11），所述中心定位激光器（10）的光束可垂直通过固定架（9）上的定位孔（4），所述前挡板（2）上还有通过三向压力盒导线的引线孔（12）；模具上盖（1）上有用于注浆的注浆孔（15）。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述固定头（14）为管状。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，除了中心定位激光器和棱线定位激光器之外的所有部件均用不锈钢制作。
4.使用权利要求1所述装置制作地应力传感柱的方法，包括以下步骤：
1）将前挡板（2）和后挡板（5）通过卡槽（3）与模具底座（7）连接，将固定架（9）通过连接孔（6）与模具底座（7）连接，将定位架（8）通过连接孔（6）与前挡板（2）和后挡板（5）连接；
2）打开中心定位激光器（10），在模具底座（7）上有一光斑，将三向压力盒（16）的一顶点与该光斑重合，然后使另一对角顶点与激光束相交；
3）从定位孔（4）中插入固定头（14），卡住三向压力盒（16），并旋转，使得三向压力盒（16）的一条棱与棱线定位激光器（11）发出的光束相交；拧紧螺栓（13），使得三向压力盒（16）固定；
4）重复2）～3），固定另一个三向压力盒；两个三向压力盒的导线通过前挡板（2）的引线孔（12）引出；
5）往模具底座（7）中倒入水泥砂浆，放置至初凝状态，固定住两个三向压力盒；
6）移走固定架（9）和定位架（8），装上模具上盖（1）；通过模具上盖（1）的注浆孔（15）注入水泥砂浆至满；凝固后，取出混凝土柱体，得到用于深部软岩地应力测试的地应力传感柱。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的三向压力盒为立方体。

说明书全文

地应力传感柱的制作方法与装置

技术领域

[0001] 本发明属于岩土测量技术领域，具体地涉及一种用于深部软岩地应力测试的地应力传感柱的制作方法与装置。

背景技术

[0002] 煤矿巷道的安全建设需要对围岩地应力进行有效监测。在煤矿深部破碎软弱的围岩中，常用的水压致裂法和应力解除法都不能有效实施。中国科学院武汉岩土力学研究所提出了一种“基于流变应力恢复原理的深部软岩地应力测试方法和装置”（专利201210096644.6），利用深部软岩在高地应力下流变的特性，实现软岩地应力的实时和长期监测。进行地应力测量时，需要将两个三向压力盒放置到钻孔中的一个测试点，并记录两个三向压力盒之间任意两个工作面法线方向之间的夹角，通过方程组解算得到应力分量。由于破碎软弱的钻孔孔壁对推送过程有一定的影响，如果单独将两个压力盒推送至测试点，则其相对角度很难准确获得。为了使两个压力盒不发生相对位移和旋转地推送至待测量的位置，可以预先使用直径比测量钻孔略小的水泥混凝土圆柱体将两个压力盒包裹固定，送入钻孔中，围岩流变收缩后，进行地应力的传递和测量。这样包含有一对三向压力盒的混凝土圆柱体称为地应力传感柱。由于地应力的测量与计算对两个三向压力盒相对角度的精度要求很高，地应力传感柱的制作需要一种能准确且便捷定位两个压力盒的方法。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题在于提供了一种能准确且便捷定位两个压力盒的地应力传感柱的制作方法和制作装置。通过该装置和方法，可以快速制作出应力传感柱，用于基于流变应力恢复原理的地应力测试，两个三向压力盒相对角度定位精确。

[0004] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

[0005] 一种制作地应力传感柱的装置，包括合在一起形成圆柱体空腔的模具底座和模具上盖，所述模具底座的两端有卡槽，用于插入前挡板和后挡板；模具底座的两条棱上有连接孔，可与固定架或模具上盖通过榫卯结构固定；

[0006] 所述固定架上有定位孔，固定头插入定位孔可上下移动和旋转，通过螺栓固定；所述固定头的下端具有与传感器的顶点契合的形状；

[0007] 所述前挡板和后挡板上也有连接孔，与定位架通过榫卯结构固定；定位架上有两个中心定位激光器和两个棱线定位激光器，所述中心定位激光器的光束可垂直通过固定架上的定位孔。

[0008] 所述前挡板上还有通过传感器导线的引线孔；模具上盖上有用于注浆的注浆孔。

[0009] 所述固定头为管状，用于固定传感器。

[0010] 作为一种优选，除了中心定位激光器和棱线定位激光器之外的所有部件均用不锈钢制作。

[0011] 本发明还提供了一种使用上述装置制作地应力传感柱的方法，包括以下步骤：

[0012] （1）将前挡板和后挡板通过卡槽与模具底座连接，将固定架通过连接孔与模具底座连接，将定位架通过连接孔与前挡板和后挡板连接；

[0013] （2）打开中心定位激光器，在模具底座上有一光斑，将三向压力盒的一顶点与该光斑重合，并使另一对角顶点与激光束相交；

[0014] （3）从定位孔中插入固定头，卡住三向压力盒，并旋转，使得三向压力盒的一条棱与棱线定位激光器发出的光束相交；拧紧固定螺栓；

[0015] （4）重复（2）~（3）操作，固定另一个三向压力盒；两个三向压力盒的导线通过前挡板的引线孔引出；

[0016] （5）往模具底座中倒入水泥砂浆，放置至初凝状态，固定住两个三向压力盒；

[0017] （6）移走固定架和定位架，装上模具上盖；通过模具上盖的注浆孔注入水泥砂浆至满；凝固后，取出混凝土柱体，得到用于深部软岩地应力测试的地应力传感柱。

[0018] 本发明具有以下的有益效果和优点：①可快速准确地制作深部软岩地应力测试用的应力传感柱，一致性好；②精确定位两个三向压力盒的空间相互关系，利于地应力的计算和测量。附图说明

[0019] 图1 为地应力传感柱制作装置的模具外壳结构示意图。

[0020] 1-模具上盖，2-前挡板，3-卡槽， 5-后挡板，6-连接孔，7-模具底座，15-注浆孔。

[0021] 图2 为地应力传感柱制作装置的安装结构示意图。

[0022] 8-定位架，9-固定架，10-中心定位激光器，11-棱线定位激光器，12-引线孔，16-三向压力盒。

[0023] 图3 为固定架与传感器局部示意图。

[0024] 4-定位孔，9-固定架，13-螺栓，14-固定头，16-三向压力盒。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

[0026] 如图1、图2、图3所示，一种制作地应力传感柱的装置，包括合在一起形成圆柱体空腔的模具底座7和模具上盖1，所述模具底座7的两端有卡槽3，用于插入前挡板2和后挡板5；模具底座的两条棱上有连接孔6，可与固定架9或模具上盖1通过榫卯结构固定；

[0027] 所述固定架9上有定位孔4，固定头14插入定位孔4可上下移动和旋转，通过螺栓13固定；所述固定头14的下端具有与三向压力盒的顶点契合的形状；

[0028] 所述前挡板2和后挡板5上也有连接孔6，与定位架8通过榫卯结构固定；定位架8上有两个中心定位激光器10和两个棱线定位激光器11，所述中心定位激光器10的光束可垂直通过固定架9上的定位孔4。

[0029] 所述前挡板2上还有通过三向压力盒导线的引线孔12；模具上盖1上有用于注浆的注浆孔15。

[0030] 应用上述装置进行应力传感柱的制作，包括以下步骤：

[0031] （1）将前挡板2和后挡板5通过卡槽3与模具底座7连接，将固定架9通过连接孔6与模具底座7连接，将定位架8通过连接孔6与前挡板2和后挡板5连接；

[0032] （2）打开中心定位激光器10，在模具底座7上有一光斑，将三向压力盒16的一顶点与该光斑重合，然后使另一对角顶点与激光束相交；

[0033] （3）从定位孔4中插入固定头14，卡住三向压力盒16，并旋转，使得三向压力盒16的一条棱与棱线定位激光器发出的光束相交；拧紧螺栓13，使得三向压力盒固定；

[0034] （4）重复（2）~（3）操作，固定另一个三向压力盒；两个三向压力盒的导线通过前挡板2的引线孔12引出；

[0035] （5）往模具底座7中倒入水泥砂浆，放置至初凝状态，固定住两个三向压力盒；

[0036] （6）移走定位架8和固定架9，装上模具上盖1。

[0037] （7）通过模具上盖1的三个注浆孔15注入水泥砂浆至满。

[0038] （8）水泥砂浆凝固后，通过移走后挡板5和模具上盖1将成形的浇铸混凝土柱体取出，得到可供钻孔内测试使用的应力传感柱。

[0039] 三向压力盒16形状一般为立方体。

[0040] 上述除了中心定位激光器10和棱线定位激光器11之外的所有部件都用不锈钢制作，以适应混凝土砂浆的重复浇筑使用。

[0041] 作为一个工程示例，模具上盖1和模具底座7组成的内部圆柱空间直径为13厘米，长度为80厘米。中心定位激光器10和棱线定位激光器11为半导体激光器，如长春镭仕650nm红色激光单元，1mw功率，光斑直径1mm。三向压力盒16为立方体，对角线长度略小于13厘米。

[0042] 具体使用时，首先给模具底座7的内侧刷脱模剂，采用前述步骤进行两个三向压力盒16的定位安装。两个三向压力盒16的导线通过前挡板2的引线孔12引出，并用软性材料堵住引线孔12与导线之间剩余的空隙。针对煤矿千米深部围岩强度范围，采用C5到C10标号的水泥混凝土砂浆进行浇筑。使用高频振捣器进行混凝土砂浆的振捣操作。待混凝土砂浆初凝（时间约45分钟）后，取走定位架8、固定架9。给模具上盖1的内侧刷脱模剂，装上模具上盖1与模具下盖7吻合，通过三个注浆孔15注入水泥砂浆至满，并进行振捣操作。水泥砂浆终凝（约8小时）后，通过移走后挡板5和模具上盖1将成形的浇筑混凝土柱体取出，得到可供钻孔内测试使用的应力传感柱。

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