围岩特性曲线的实测探头
专利汇可以提供围岩特性曲线的实测探头专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种软岩岩体的围岩特性曲线的实测 探头 。将探头埋设在软岩巷道的钻孔里，探头所感应的围岩 变形 进行 数据处理 便可得某一时间的围岩特性曲线（簇）。上述的探头由三节或三节以上同径 刚度 各异的圆筒体作为壳体，每一节筒体内设置位移 传感器 。按照本发明所作出的围岩特性曲线比理论推导更为实际，可直接用来指导巷道支护设计。本发明可泛用于冻土或软岩的围岩特性曲线测试领域。，下面是围岩特性曲线的实测探头专利的具体信息内容。
本发明属于软岩岩体物理性质的测试技术领域。本发明提供一种在采矿、土建等工程中对软岩巷道实际测定围岩特性曲线的方法及该测定方法专用的探头。
围岩特性曲线是巷道周边径向位移U与支护反力P之间的关系曲线，亦称P-U曲线。对于软岩而言，由于其流变性、时间的推移，这条曲线不断上升。因此，对应于不同的时间就有一系列的围岩特性曲线，即P-U曲线簇。P-U曲线（簇）具有相当广泛的使用价值，尤其是在指导巷道支护设计方面更为人们所重视。但是，直到目前为止P-u曲线的实际使用还是极少。原因在于P-U曲线主要来自于理论推导，而理论推导的p-U曲线表达式涉及软岩参数比较多，实际上无法定量使用，而且与实际的误差较大。
基于上述的情况，本发明的目的在于提供一种能实际测定出围岩特性曲线的方法以及该测定方法所专用的探头，以便使测出的P-u曲线更符合实际。
为了实现上述的目的本发明所提供的围岩特性曲线的实测方法，按以下步骤实现。将探头设置在软岩巷道的钻孔里，探头外壁与钻孔内壁紧密接触;探头中由位移传感器所引出的电缆接通到静态电阻应变仪上。测定围岩特性曲线所专用的探头含由壳体及位移传感器组成，其特征在于壳体为由外直径相同而刚度各异的三节或三节以上筒体组成，而且每一节筒体内设置位移传感器。
本发明所涉及的围岩是指软岩，软岩具有粘弹塑性质。从岩石力学
方面的理论推导可知，软岩的围岩特性曲线取决于岩体性态与巷道断面及其大小。如果一条P-U曲线受限于巷道断面及其大小，则该曲线没有普遍性的意义。因此，应消除人为因素对P-U曲线的影响。首先，断面形状影响的消除。由于软岩具有显著的流变性质，经过漫长时间的流变，软岩处于静水压力状态或近似静水压力状态。显然对于静水压力状态下的软岩而言，其最合理的支护断面形状为圆形。所以，围岩特性曲线的测定采用钻孔（当然是圆形断面）方式，仅就断面形状而言与圆形巷道一致，因而可消除断面形状对P-U曲线的影响。
其次，断面尺寸大小影响的消除。纵观各种流变模型的理论推导，从软岩P-U曲线的表达式中可知，径向位移U与支护层半径r成线性关系，即U＝r·f（P）。对该式的U进行无量纲化处理，即U
＝f（P）。由此而作出的P-U
曲线，才具有可比性和普遍意义。当欲求相同条件下而半径为已知的巷道周边径向位移时，只需将U
乘以该巷道半径r即可。在这里应当指出，岩体被看成是各向同性的连续均质体;而且因软岩的结构面比较复杂，从宏观上、从统计观点上看认为分布均匀。
有了以上的理论分析，就给围岩特性曲线的实测提供了理论依据。将测定围岩特性曲线探头安置在钻孔里，使探头的外壁与钻孔内壁紧密接触。随着围岩的变形探头的筒体随之发生变形，即探头作为一次仪器感受围岩的压力与变形。探头内的位移传感器将筒体内壁的变形转化成电讯号经电缆在静态电阻应变仪上以微应变形式显示出来。根据所显示的数据，即可得出筒体的内壁径向位移U
。根据弹性理论厚壁圆筒原理，可得出筒体外壁上的径向压力P，即
P= (E)/(2(1-μ
)) · (1-K
)/(r
) ·U
（K＝r
/r
）
式中，E、μ分别为筒体的弹性模量和泊松比：r
、r
分别为筒体的内外半径。有了P值，根据弹性理论进而得出筒体外壁的径向位移U即：
U= (1-μ
)/(E) ·r
·P( (1+K
)/(1-K
) - (μ)/(1-μ) )
这样在探头每一节筒体上得出的一组P.U值，有了三组或三组以上，并按如前所述使U无量纲化后，便可作出某一时刻的围岩特性曲线。同理可作出一系列其它时刻的围岩特性曲线。在数据处理及作图方面还可以利用单板机直接将位移传感器上的电讯号进行处理。
本发明按照上述的围岩特性曲线实测方法所专用的探头由作为支护层的壳体及感应壳体变形的位移传感器等组成。按照图1所示，探头的壳体〔（2）～（6）〕由外直径相同的前端件（6）、筒体〔（3）、（4）、（5）〕及后端件（2）等部分组成;筒体为由三节（可以为三节以上）不同刚度的圆筒组成，即筒体（3）、筒体（4）、筒体（5）的刚度互不相同。为了改变每一节筒体的刚度，或是选择不同弹性模量的支护材料，或是改变筒体的壁厚即改变每一节筒体的内径。前端件（6）主要起密封及导向作用，后端件（2）主要起密封并牢固电缆（1）的作用。为了消除圆筒体（5）与前端件（6）间组合引起的刚度变异，尽量使前端件的刚度与筒体（5）的刚度一致。同理，尽量使后端件（2）的刚度与筒体（3）的刚度一致。位移传感器〔（7）、（8）、（9）〕设置在每一节筒体的中部，如位移传感器（8）设置在筒体（4）的中部。每一个位移传感器上的电缆均由后端件引出。在每一节筒体的中部可以设置1～3个不同方向的位移传感器，其目的之一是为了防止传感器有损坏，其二为取平均值。由于在测定P-U曲线的过程中探头较长时间被埋设在围岩的钻孔里，为了防止水和腐蚀将探头的壳体宜采用包体密封式，而且其材质最好选用环氧树脂等防水防腐材料。
本发明按照上述的围岩特性曲线的方法，可排除许多人为的假设并能直接在巷道围岩中测定，而且所测定的P-U曲线比理论推导更为接近实际，因而该P-U曲线可直接用来指导巷道支护设计工作。该P-U曲线的测定方法测试手段简便，测定周期较短。本发明所提供的测定围岩特性曲线专用的探头，具有性能可靠，构造简单，宜于加工制作等特点。由此可见，本发明在采矿、矿山、水电、铁道、土建等工程领域对冻土或软岩的围岩特性曲线的测定具有广泛的推广应用意义。
本发明的实施例之一。
测定围岩特性曲线专用的探头按照图1所示，探头的壳体由环氧树脂制成。壳体的外径为56mm，内径为46mm，每一节树脂圆等的长度为200mm，整个壳体的长度为600mm。后端件（2）与圆筒（3）的环氧树脂材料配比相同，其弹性模量为E
＝0.35×10
MPa;环氧树脂圆筒（4）的弹性模量为E
＝0.75×10
MPa;圆筒（5）与前端件（6）的环氧树脂材料配比相同，其弹性模量为E
＝6.03×10
MPa。探头壳体的前端件、三节不同刚度的树脂圆筒及后端件之间用环氧胶粘结，使探头壳体形成密封结构。在每一节树脂圆筒的中间设置两个相互垂直方向的电阻应变片式位移传感器〔（7）、（8）、（9）〕，每一个传感器的电缆（1）均由后端件引出并固定。按照本实施例所提供的树脂探头，在平庄矿务局红庙二号矿脉地下80M深处进行了测试。把探头设置于钻孔的直径为56mm、孔深为5，6M的深处，探头的电缆接通到静态电阻应变仪。根据前述的原理作出的不同时刻的围岩特性曲线（簇），如图2所示。图2所示的曲线中S
、S
、S
分别为圆筒（3）、圆筒（4）、圆筒（5）的特性曲线。
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