應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置制造方法
【專利摘要】提供了能夠在很長一段時間內(nèi)連續(xù)直接地檢測出所受到的來自基巖的應(yīng)力以及基巖的應(yīng)變的應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置。應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置具備：柱狀的殼體，其被埋設(shè)/設(shè)置在基巖中；受壓構(gòu)件，其具有用于檢測所受到的來自所述基巖的應(yīng)力以及所述基巖的應(yīng)變的兩個受壓面，所述兩個受壓面均設(shè)置在正交于所述殼體的軸向方向的同一軸上，從所述殼體的外周壁露出，并且所述受壓構(gòu)件未與所述殼體機(jī)械式連接，以及，位移檢測傳感器，其根據(jù)所述兩個受壓面之間的位移量來檢測出所受到的來自所述基巖的應(yīng)力以及所述基巖的應(yīng)變。
【專利說明】應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置，更具體地，涉及到埋設(shè)/設(shè)置在基巖中以檢測出所受到的來自基巖的應(yīng)力以及基巖的應(yīng)變的應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]由于預(yù)計將來會發(fā)生東海、東南海地震以及南海大地震，目前，包括本 申請人:在內(nèi)的多個研究機(jī)構(gòu)和政府機(jī)關(guān)，通過被埋設(shè)/設(shè)置在日本國內(nèi)的多個(超過30個)觀測點(diǎn)處的鉆孔型應(yīng)變計來進(jìn)行地震預(yù)測的研究。
[0003]應(yīng)變計被放置在地面挖掘出的鉆孔(鉆出的圓孔)內(nèi)，通過灌漿固定以將應(yīng)變計埋設(shè)/設(shè)置在地下的基巖中，鉆孔型應(yīng)變計用于在很長一段時間內(nèi)連續(xù)地檢測基巖的應(yīng)變(基巖的膨脹和收縮)的變化。
[0004]在專利文獻(xiàn)I以及非專利文獻(xiàn)I中公開了應(yīng)變放大檢測傳感器，其具備運(yùn)用杠桿原理來連續(xù)地放大應(yīng)變的應(yīng)變放大機(jī)構(gòu)，應(yīng)變放大檢測傳感器利用位移檢測傳感器檢測杠桿末端的位移量，其由應(yīng)變放大機(jī)構(gòu)所放大，該應(yīng)變放大檢測傳感器一體式地內(nèi)置于圓柱形的殼體內(nèi)，并作為鉆孔型應(yīng)變計。
[0005]專利文獻(xiàn)2中公開了一種鉆孔型應(yīng)變計，其中在圓柱形的殼體內(nèi)部填充了流體(硅油)，并且基于該流體的移動量來檢測殼體的形變。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本特開平5-87563號公報(日本專利2101064)
[0009]專利文獻(xiàn)2:日本特開昭57-165710號公報
[0010]非專利文獻(xiàn)
[0011]非專利文獻(xiàn)1:1shii, H.，T.Yamauchi, S.Matsumoto, Y.Hirata andS.Nakaoj Development of mult1-component borehole instrument for earthquakepredictionstudy，some observed example of precursory and co-seismic phenomenarelatingto earthquake swarms and application of the instrument for rockmechanics,365—377，Seismogenic Process Monitoring, 2002，Balkema.
【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明所要解決的問題
[0013]現(xiàn)有技術(shù)(專利文獻(xiàn)I以及非專利文獻(xiàn)I或?qū)＠墨I(xiàn)2中的技術(shù))檢測圓柱形殼體的形變，并基于該殼體的形變以檢測出基巖的應(yīng)變，殼體整體的形變是相互關(guān)聯(lián)的，因此要準(zhǔn)確、獨(dú)立地檢測出對殼體所施加的設(shè)定方向上的基巖的應(yīng)變是困難的。
[0014]順便提及，為了進(jìn)行地震預(yù)測研究，在觀測基巖的彈塑性形變的時候，最重要的測量成分不是基巖的應(yīng)變，而是直接關(guān)系到地震發(fā)生的應(yīng)力。
[0015]但是，現(xiàn)有技術(shù)只檢測基巖的應(yīng)變，而唯一求得所受到的來自基巖的應(yīng)力的方法是單獨(dú)地測定基巖的彈性常數(shù)，并基于所檢測出的基巖的應(yīng)變經(jīng)過復(fù)雜的計算處理所得的結(jié)果來求得所述應(yīng)力?？傊诂F(xiàn)有技術(shù)中，所受到的來自基巖的應(yīng)力只能間接地求得。
[0016]目前，不存在能夠在很長一段時間內(nèi)連續(xù)、直接地檢測出所受到的來自基巖的應(yīng)力以及基巖的應(yīng)變的裝置。
[0017]本發(fā)明的目的是提供能夠在很長一段時間內(nèi)連續(xù)、直接地檢測出所受到的來自基巖的應(yīng)力以及基巖的應(yīng)變的應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置。
[0018]解決問題的手段
[0019]本發(fā)明的發(fā)明人為了解決上述問題，進(jìn)行了反復(fù)深入的研究，結(jié)果得到了如下所述的本發(fā)明的幾個方面。
[0020]<本發(fā)明的第一方面>
[0021]第一方面是，應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置，具備:
[0022]柱狀的殼體，其被埋設(shè)/設(shè)置在基巖中；
[0023]受壓構(gòu)件，其具有用于檢測所受到的來自基巖的應(yīng)力以及基巖的應(yīng)變的兩個受壓面，這兩個受壓面均設(shè)置在正交于殼體的軸向方向的同一軸上，從殼體的外周壁露出，并且受壓構(gòu)件未與殼體機(jī)械式連接；
[0024]位移檢測傳感器，其根據(jù)兩個受壓面之間的位移量來檢測出所受到的來自基巖的應(yīng)力以及基巖的應(yīng)變。
[0025]雖然基巖的應(yīng)變的檢測水平根據(jù)基巖的性質(zhì)而變化，但是所受到的來自基巖的應(yīng)力與基巖的性質(zhì)基本上沒有關(guān)系，因此，應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置能夠與基巖的性質(zhì)無關(guān)地檢測出所受到的來自基巖的應(yīng)力。
[0026]而且，雖然殼體根據(jù)所受到來自基巖的應(yīng)力以及基巖的應(yīng)變而發(fā)生形變，但是由于受壓構(gòu)件未與殼體機(jī)械式連接，因此受壓面之間的位移量沒有受到殼體形變的影響，從而能夠準(zhǔn)確地檢測出所受到的來自基巖的應(yīng)力以及基巖的應(yīng)變。
[0027]另外，由于受壓構(gòu)件未與殼體機(jī)械式連接，即使殼體發(fā)生了形變，該形變也不會影響受壓構(gòu)件至少在軸向方向上的位移。
[0028]而且，因?yàn)閮蓚€受壓面均設(shè)置在正交于殼體的中心軸方向的同一軸上，因此能夠確實(shí)地檢測出所受到的來自基巖的在設(shè)置了這兩個受壓面的軸向方向上的應(yīng)力，以及該方向上的基巖的應(yīng)變。
[0029]其結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)在現(xiàn)有技術(shù)中不存在的可以在很長一段時間內(nèi)連續(xù)、直接地檢測出所受到的來自基巖的應(yīng)力的絕對值的裝置。
[0030]<本發(fā)明的第二方面>
[0031]在第二方面中，根據(jù)第一方面的應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置具備:
[0032]大致環(huán)狀的連接構(gòu)件，其連接到兩個受壓面上，并且在兩個受壓面受到應(yīng)力時發(fā)生彈性形變。
[0033]由于連接構(gòu)件根據(jù)受壓面受到的應(yīng)力而恢復(fù)至原來的形狀，以及兩個受壓面之間的位移量也根據(jù)所受到的來自基巖的應(yīng)力而發(fā)生變化，因此能夠輸出位移檢測傳感器的檢測結(jié)果。
[0034]而且，由于連接構(gòu)件是大致環(huán)狀的，隨著連接構(gòu)件的彈性形變，沒有任何不必要的應(yīng)力被施加到位移檢測傳感器上，因此，連接構(gòu)件的彈性形變不會給位移檢測傳感器的檢測結(jié)果帶來不利的影響。
[0035]〈本發(fā)明的第三方面〉
[0036]在第三方面中，根據(jù)第一或第二方面的應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置，在殼體上安裝有多個受壓構(gòu)件，其中各個受壓構(gòu)件的受壓面的軸向方向是不同的。
[0037]因此，各個受壓構(gòu)件能夠獨(dú)立地檢測出所受到的來自基巖的在受壓面的軸向方向上的應(yīng)力以及該方向上的基巖的應(yīng)變，能夠基于多個方向上的觀測來求出應(yīng)力以及應(yīng)變的張量分量。這樣，該應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置能夠觀測與地震相關(guān)聯(lián)的微小水平的應(yīng)力以及應(yīng)變的張量分量，從而對地震預(yù)測研究做出貢獻(xiàn)。
[0038]<本發(fā)明的第四方面>
[0039]第四方面是，根據(jù)第一到第三方面的應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置，具備:
[0040]應(yīng)力放大機(jī)構(gòu)，其運(yùn)用杠桿原理來連續(xù)地放大兩個受壓面所受到的來自基巖的應(yīng)力，并通過位移檢測傳感器來檢測由該應(yīng)力放大機(jī)構(gòu)所放大的杠桿末端的位移量。
[0041]其結(jié)果是，即使在兩個受壓面之間的位移量很小的情況下，由于通過應(yīng)力放大機(jī)構(gòu)放大了這個位移量，因此也能夠確實(shí)地檢測出受壓面所受到的來自基巖的低水平的應(yīng)力以及基巖的低水平的應(yīng)變。
[0042]而且，當(dāng)兩個受壓面之間的位移量變得非常大時，利用應(yīng)力放大機(jī)構(gòu)所具備的機(jī)械式復(fù)位系統(tǒng)，位移量也能夠被機(jī)械式地恢復(fù)至位移檢測傳感器的測定范圍內(nèi)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]圖1 (A)是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10的整體大致結(jié)構(gòu)的立體示意圖。圖1 (B)是用 于說明應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10的埋設(shè)/設(shè)置狀態(tài)的說明圖。
[0044]圖2是應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10的橫向剖視圖，用于說明應(yīng)力水平分量檢測單元30a-30c的安裝狀態(tài)，即圖1 (A)中的沿X-X線的剖視圖。
[0045]圖3用于說明應(yīng)力水平分量檢測單元30a?30c的概略結(jié)構(gòu)的外觀圖，其中圖3(A)是俯視圖，圖3 (B)是主視圖，而圖3 (C)是圖3 (A)的右視圖(左視圖)。
[0046]圖4是應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10的縱向剖視圖，用于說明應(yīng)力垂直分量檢測單元40的安裝狀態(tài)，即圖1 (A)中的沿Y-Y線的剖視圖。
[0047]圖5是用于說明應(yīng)力垂直分量檢測單元40的概略結(jié)構(gòu)的外觀圖，其中圖5 (A)是主視圖，圖5 (B)是側(cè)視圖，而圖5 (C)是仰視圖。
[0048]圖6是用于說明應(yīng)力水平分量檢測單元30a?30b的受壓面31、32所設(shè)置的軸α?Y的說明圖。
[0049]圖7是表示利用應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10檢測出的應(yīng)力的測量記錄的測量圖。
[0050]圖8是表示利用應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10檢測出的應(yīng)變的測量記錄的測量圖。
[0051]圖9是表示利用應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10檢測出的關(guān)于在關(guān)島附近發(fā)生的地震的應(yīng)力地震波形的測量記錄的測量圖。
【具體實(shí)施方式】
[0052]下面將參考附圖來說明根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置(應(yīng)力應(yīng)變儀)10。另外，在應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10中，針對同一結(jié)構(gòu)部件使用相同的附圖標(biāo)記。[0053]如圖1 (A)所示，應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10包括殼體20、應(yīng)力水平分量檢測單元(受壓構(gòu)件)30a?30c、應(yīng)力垂直分量檢測單元40和通信電纜50。
[0054]通信電纜50從圓柱狀殼體20的頂端延伸出來。
[0055]應(yīng)力水平分量檢測單元30a?30c以及應(yīng)力垂直分量檢測單元40連接至殼體20上，殼體20是液密的。
[0056]另外，殼體20的外直徑約為IOcm左右。
[0057]如圖1(B)所示，應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10被放置在相對地面垂直挖掘出的鉆孔(鉆出的圓孔)60內(nèi)的底部附近，通過在應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10的周圍固定的具有膨脹性的灌漿61，將應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10的殼體20相對于地下基巖垂直地埋設(shè)/設(shè)置，并與基巖形成為一體。
[0058]因此，應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10的通信電纜50從地面上引出。
[0059]另外，首先在鉆孔60內(nèi)注入灌漿61，然后將應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10沉降在灌漿61中，從而將應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10埋設(shè)/設(shè)置在基巖中。
[0060]各應(yīng)力水平分量檢測單元(傳感活塞)30a?30c均具有兩個受壓面31、32。
[0061]受壓面31、32設(shè)置在正交于殼體20的中心軸(垂直軸)P的方向的同一軸(水平軸)α?Y上，且穿過殼體20的外周壁而露出。因此，受壓面31、32是正交于各軸α? 的平面。
[0062]應(yīng)力垂直分量檢測單元40具有一個受壓面41，其設(shè)置在殼體20的中心軸上且穿過殼體20的底部而露出。
[0063]因此，各個受壓面31、32、41分別承受到來自基巖的應(yīng)力。
[0064]圖2是沿圖1 (A)中的X-X線的剖視圖。
[0065]圖3 (Α (C)分別是應(yīng)力水平分量檢測單元30a?30c的俯視圖、主視圖和右視圖(左視圖)。
[0066]殼體20形成為具有均勻厚度的圓筒狀，應(yīng)力水平分量檢測單元30a?30c安裝在殼體20的內(nèi)部。
[0067]三個應(yīng)力水平分量檢測單元30a?30c具有相同的結(jié)構(gòu)，分別由基體部33、34，O型環(huán)35、框架部(連接構(gòu)件)36、應(yīng)力放大裝置(應(yīng)力放大機(jī)構(gòu))37和位移檢測傳感器38構(gòu)成。
[0068]具有相同結(jié)構(gòu)的基體部33、34分別具備本體部33a、34a以及安裝部33b、34b。
[0069]正對圓柱狀的本體部33a、34a的頂面分別是受壓面31、32。
[0070]受壓面31、32形成為大致平坦的，或者，可以在受壓面31、32上穿設(shè)出用于固定工具的孔(未示出)等，該工具用于將應(yīng)力水平檢測單元30a?30c安裝在殼體20上。
[0071]本體部33a、34a插入至貫穿于殼體20的外周壁所形成的圓形安裝孔20a、20b中。
[0072]本體部33a、34a的外徑與安裝孔20a、20b的內(nèi)徑大致相同，本體部33a、34a的長度與殼體20的厚度大致相同。
[0073]圍繞本體部33a、34a的外周壁沿圓周方向纏繞固定了多個(圖示例中為2個)間隔開布置的O型環(huán)35。`
[0074]因此，本體部33a、34a能夠在相對于殼體20的安裝孔20a、20b的水平方向(軸α?Y的方向)上液密式滑動。
[0075]在本體部33a、34a的與受壓面31、32相反一側(cè)的頂面上設(shè)置了圓柱狀的安裝部33b、34b。
[0076]大致環(huán)狀(大致圓筒狀)的框架部36夾在安裝部33b、34b之間，其中框架部36與基體部33、34 —體式形成。
[0077]另外，殼體20、基體部33、34，框架部36由剛性高且耐腐蝕性優(yōu)良的金屬材料(例如不銹鋼等)制成。
[0078]應(yīng)力放大裝置37具有與專利文獻(xiàn)I (日本特開5-87563號公報)所公開的應(yīng)變放大機(jī)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)，具備基板37a、應(yīng)力作用部37b和固定部37c。
[0079]應(yīng)力作用部37b以及固定部37c設(shè)置在基板37a的兩個端部處，在基板37a上安裝了位移檢測傳感器38。
[0080]應(yīng)力作用部37b通過框架部36固定地連接在基體部33上。
[0081 ] 固定部37c通過框架部36固定地連接在基體部34上。
[0082]另外，基板37a與專利文獻(xiàn)I的“基板I”相同，應(yīng)力作用部37b與專利文獻(xiàn)I的“應(yīng)變作用部2”相同，固定部37c與專利文獻(xiàn)I的“固定部3”相同，位移檢測傳感器38與專利文獻(xiàn)I的“位移檢測傳感器9”相同。
[0083]而且，在基板37a中也形成有與專利文獻(xiàn)I的“切槽部4”以及“杠桿5?7”相同的部件，但圖中未示出。
[0084]圖4是沿圖1 (A)中的Y-Y線的剖視圖。
[0085]圖5 (A)?(C)分別是應(yīng)力垂直分量檢測單元40的主視圖、側(cè)視圖、仰視圖。
[0086]在應(yīng)力垂直分量檢測單元40中，與應(yīng)力水平分量檢測單元30a?30c的不同處為以下幾點(diǎn)。
[0087](I)正對基體部33的本體部33a的頂面部分是受壓面41。
[0088](II)本體部33a的外徑與殼體20的內(nèi)徑大致相同。本體部33a插入殼體20的底部，能夠相對殼體20在垂直方向(中心軸P的方向)上液密式滑動。
[0089](III)在基體部34的本體部34a上未設(shè)置O型環(huán)，本體部34a安裝固定在殼體20上。
[0090]<實(shí)施例的作用、效果>
[0091]根據(jù)本實(shí)施例的應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10起到以下的作用和效果。
[0092](I)應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10可在很長一段時間內(nèi)連續(xù)檢測出所受到的來自基巖的應(yīng)力以及基巖的應(yīng)變的水平分量以及垂直分量的變化。即，應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10可利用應(yīng)力水平分量檢測單元30a?30c檢測出作用在基巖上的應(yīng)力以及基巖的應(yīng)變的水平分量，并利用應(yīng)力垂直分量檢測單元40檢測出作用在基巖上的應(yīng)力以及基巖的應(yīng)變的垂直分量。
[0093]此時，雖然基巖的應(yīng)變的檢測水平隨著基巖的性質(zhì)發(fā)生變化，但是所受到的來自基巖的應(yīng)力與基巖的性質(zhì)基本上是沒有關(guān)系的，因此，應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10能夠與基巖的性質(zhì)無關(guān)地檢測所受到的來自基巖的應(yīng)力。
[0094]其結(jié)果是，根據(jù)應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10，能夠?qū)崿F(xiàn)在現(xiàn)有技術(shù)中不存在的能夠在很長一段時間內(nèi)連續(xù)、直接地檢測出所受到的來自基巖的應(yīng)力的絕對值的裝置。
[0095]各檢測單元30a?30c、40的位移檢測傳感器38將所受到的來自基巖的應(yīng)力以及基巖的應(yīng)變的檢測結(jié)果轉(zhuǎn)換為電信號或光信號，通過通信電纜50向設(shè)置在地面上的數(shù)據(jù)記錄器(圖中未示出)發(fā)送該信號。
[0096]另外，位移檢測傳感器38的檢測結(jié)果也可存儲在內(nèi)置于應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10中的存儲裝置(圖中未示出)、例如半導(dǎo)體存儲器等中。
[0097](2)各應(yīng)力水平分量檢測單元30a?30c構(gòu)造成在所受到的來自基巖的應(yīng)力施加在受壓面31、32上時，基體部33、34的本體部33a、34a會相對于殼體20的安裝孔20a、20b滑動，因此，在基體部33、34中，應(yīng)力放大裝置37的應(yīng)力作用部37b和固定部37c之間的沿著各軸α?Y的距離會發(fā)生變化。
[0098]另外，當(dāng)所受到的來自基巖的應(yīng)力增大時，基體部33、34朝向殼體20的中心軸P的方向移動，當(dāng)所受到的來自基巖的應(yīng)力減小時，基體部33、34朝向離開殼體20的中心軸P的方向移動。
[0099]安裝在應(yīng)力放大裝置37的基板37a上的位移檢測傳感器38，通過檢測出應(yīng)力作用部37b和固定部37c之間的位移量來檢測受壓面31、32之間的位移量，基于這個位移量而檢測出作用在基巖上的應(yīng)力以及基巖的應(yīng)變的水平分量。
[0100]另外，受壓面31、32之間的位移量處于數(shù)微米的范圍內(nèi)。
[0101]這里，應(yīng)力水平分量檢測單元30a?30c的結(jié)構(gòu)部件(基體部33、34，0型環(huán)35、框架部36、應(yīng)力放大機(jī)構(gòu)37、位移檢測傳感器38)并未相對于殼體20進(jìn)行固定,這些結(jié)構(gòu)部件的運(yùn)動未受到來自殼體20的任何影響。
[0102]也就是說，應(yīng)力水平分量檢測單元30a?30c沒有機(jī)械式(動態(tài))地連接到殼體20上。
[0103]換言之，所謂應(yīng)力水平分量檢測單元30a?30c沒有機(jī)械式地連接到殼體20上指的是，即使殼體20發(fā)生了形變，該形變至少沒有給應(yīng)力水平分量檢測單元30a?30c在軸α?Y方向上的位移帶來任何影響。
[0104]因此，當(dāng)殼體20根據(jù)所受到的來自基巖的應(yīng)力以及基巖的應(yīng)變發(fā)生了形變時，由于應(yīng)力水平分量檢測單元30a?30c沒有被機(jī)械式地連接到殼體20上，因此受壓面31、32之間的位移量不會受到殼體20的形變的影響。
[0105]因此，應(yīng)力水平分量檢測單元30a?30c能夠基于受壓面31、32之間的位移量準(zhǔn)確地檢測出受壓面31、32所受到的來自基巖的應(yīng)力以及基巖的應(yīng)變。
[0106]而且，由于兩個受壓面31、32設(shè)置在正交于殼體20的中心軸P的方向的同一軸(水平軸)α?Y上，并且穿過殼體20的外周壁而露出，應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10能夠確實(shí)地檢測出所受到的在軸方向上的來自基巖的應(yīng)力以及在該方向上的基巖的應(yīng)變。
[0107](3)各應(yīng)力水平分量檢測單元30a?30c的框架部36通過基體部33、34連接在受壓面31、32上，在受壓面31、32受到來自基巖的進(jìn)一步應(yīng)力時，框架部36發(fā)生彈性形變，并且在受壓面31、32所受到的應(yīng)力被釋放時恢復(fù)到原始形狀。
[0108]因此，在框架部36恢復(fù)至原始形狀時，受壓面31、32之間的位移量也恢復(fù)至在受壓面31、32受到來自基巖的進(jìn)一步應(yīng)力以前的狀態(tài)下的位移量。
[0109]這樣，由于應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10的周邊表面通過膨脹性灌漿71而與基巖固定成一體(參考圖1(B))，因此在應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10的埋設(shè)/設(shè)置狀態(tài)中，各應(yīng)力水平分量檢測單元30a?30c的框架部36已經(jīng)發(fā)生了形變，從各位移檢測傳感器38輸出的不為零的信號電平反映了初始應(yīng)力。[0110]而且，由于框架部36大體是環(huán)狀的，框架部36的彈性形變所產(chǎn)生的不希望有的應(yīng)力不會施加給位移檢測傳感器38，因此，框架部36的彈性形變不可能給位移檢測傳感器38的檢測結(jié)果帶來不利的影響。
[0111]因此，由于框架部36與基體部33、34形成一體，應(yīng)力水平分量檢測單元30a?30c的整體強(qiáng)度能夠得到提高。
[0112](4)在殼體20中設(shè)有三個應(yīng)力水平分量檢測單元30a?30c，應(yīng)力水平分量檢測單元30a?30c的受壓面31、32的軸α?Y方向是不同的。
[0113]S卩，如圖1和圖6所示，方向不同的軸(水平軸)α?Υ在殼體20的中心處相交，并且軸分別相互旋轉(zhuǎn)120°。
[0114]因此，應(yīng)力水平分量檢測單元30a?30c能夠分別單獨(dú)地檢測出所受到的軸α?Y的方向上的來自基巖的應(yīng)力以及這些方向上的基巖的應(yīng)變，能夠基于多個方向的觀測求得應(yīng)力以及應(yīng)變的張量分量。根據(jù)這個，應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10能夠用于與地震相關(guān)聯(lián)的微小水平的應(yīng)力以及應(yīng)變的張量分量的觀測，從而對地震預(yù)報的研究作出貢獻(xiàn)。
[0115](5)各應(yīng)力水平分量檢測單元30a?30c的應(yīng)力放大裝置37運(yùn)用杠桿原理連續(xù)地放大受壓面31、32所受到的來自基巖的應(yīng)力。另外，因?yàn)殛P(guān)于應(yīng)力放大裝置37的操作已在專利文獻(xiàn)I中有詳細(xì)描述，在此省略對其的說明。
[0116]位移檢測傳感器38通過檢測出應(yīng)力放大裝置37所放大的上述杠桿末端的位移量來檢測出受壓面31、32之間的位移量，并基于該位移量以檢測出所受到的來自基巖的應(yīng)力以及基巖的應(yīng)變。
[0117]其結(jié)果是，即使在受壓面31、32之間的位移量很小的情況下，由于通過應(yīng)力放大裝置37放大了該位移量，因此也能夠確實(shí)地檢測出受壓面31、32所受到的低水平的來自基巖的應(yīng)力以及基巖的應(yīng)變。
[0118]而且，在受壓面31、32之間的位移量變得非常大的情況下，通過應(yīng)力放大裝置37所具有的機(jī)械式復(fù)位系統(tǒng)，位移量能夠機(jī)械式地恢復(fù)到位移檢測傳感器38的測量范圍內(nèi)。
[0119](6)在應(yīng)力垂直分量檢測單元40中，當(dāng)所受到的基巖的應(yīng)力施加在受壓面41時，基體部33的本體部33a相對殼體20的內(nèi)周壁滑動，并且基體部33沿著殼體20的中心軸P移動，結(jié)果，應(yīng)力放大裝置37中的應(yīng)力作用部37b和固定部37c之間的距離發(fā)生了變化。
[0120]位移檢測傳感器38連接到應(yīng)力放大裝置37的基板37a上，通過檢測出應(yīng)力作用部37b和固定部37c之間的位移量來檢測出受壓面41和本體部34a之間的位移量，并且基于該位移量檢測出作用在基巖上的應(yīng)力以及基巖的應(yīng)變的垂直分量。
[0121]在這里，應(yīng)力垂直分量檢測單元40的本體部34a固定在殼體20上，本體部34a具有足夠的厚度和硬度，并且具有高的剛性。
[0122]因此，當(dāng)殼體20因所受到的來自基巖應(yīng)力以及基巖的應(yīng)變發(fā)生形變時，由于本體部34a的高的剛性，殼體20的形變幾乎不會對受壓面41和本體部34a之間的位移量帶來影響。
[0123]因此，應(yīng)力垂直分量檢測單元40能夠基于受壓面41和本體部34a之間的位移量來準(zhǔn)確地檢測出受壓面41所受到的來自基巖的應(yīng)力以及基巖的應(yīng)變。
[0124](7)應(yīng)力垂直分量檢測單元40的框架部36通過基體部33連接到受壓面41上，通過安裝部34b連接到本體部34a，在受壓面41受到來自基巖的進(jìn)一步應(yīng)力時發(fā)生彈性形變，在受壓面41所受到的應(yīng)力被釋放時恢復(fù)到原始形狀。
[0125]因此，在框架部36恢復(fù)至原始的形狀時，受壓面41和本體部34a之間的位移量也恢復(fù)至在受壓面受到來自基巖的進(jìn)一步應(yīng)力之前的狀態(tài)。
[0126]這里，由于應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10的周邊表面通過膨脹性的灌漿61與基巖形成為一體(參考圖1(B))，在應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10的埋設(shè)/設(shè)置狀態(tài)中，應(yīng)力垂直分量檢測單元40的框架部36已經(jīng)發(fā)生了彈性形變，來自位移檢測傳感器38輸出的不為零的信號水平反映了初始應(yīng)力。
[0127](8)應(yīng)力垂直分量檢測單元40的應(yīng)力放大裝置37運(yùn)用杠桿原理對受壓面所受到的來自基巖的應(yīng)力進(jìn)行連續(xù)地放大。
[0128]位移檢測傳感器38通過檢測出應(yīng)力放大裝置37所放大的上述杠桿末端的位移量來檢測出受壓面41和本體部34a之間的位移量，并基于該位移量檢測出所受到的來自基巖的應(yīng)力及基巖的應(yīng)變。
[0129]其結(jié)果是，即使在受壓面41和本體部34a之間的位移量很小的情況下，由于通過應(yīng)力放大裝置37放大了該位移量，也能夠確實(shí)地檢測出受壓面31、32所受到的低水平的來自基巖的應(yīng)力以及基巖的應(yīng)變。
[0130]而且，在受壓面41和本體部34a之間的位移量變得非常大的情況下，通過應(yīng)力放大裝置37所具有的機(jī)械式復(fù)位系統(tǒng)，位移量能夠機(jī)械式地恢復(fù)至位移檢測傳感器38的測量范圍內(nèi)。
[0131](9)圖7所示的是利用應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10檢測出的應(yīng)力測量記錄的測量圖。
[0132]圖8所示的是利用應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10檢測出的應(yīng)變測量記錄的測量圖。
[0133]圖9表示利用應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10檢測出的關(guān)島附近發(fā)生的地震應(yīng)力地震波形的測量記錄的測量圖。
[0134]在圖疒圖9所示的測量例子中，應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10埋設(shè)/設(shè)置在瑞浪市的地下200m處。
[0135]圖7?圖9中的“N220E”、“N100E”、“N340E”分別表示應(yīng)力水平分量檢測單元30a?30c的方向，表示相對于北而言的順時針“220° ”、“100?！薄ⅰ?40?！狈较虻乃椒至俊?br> [0136]圖疒圖9中的“Vertical”是應(yīng)力垂直分量檢測單元40的檢測結(jié)果。
[0137]圖7、圖8中的“Temp”是內(nèi)置于應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10的溫度計(圖中未示出)的檢測結(jié)果。
[0138]圖7、圖8中的“Atm0.Press.”是大氣壓的檢測結(jié)果。
[0139]圖7、圖8中的“Water.Press.”是設(shè)置在埋設(shè)/設(shè)置有應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10的同一鉆孔60內(nèi)的水壓計(圖中未示出)的檢測結(jié)果。
[0140]根據(jù)圖7、圖8，清楚地測出了由于月亮和太陽的引力引發(fā)的地球潮汐以及海洋潮汐所導(dǎo)致的地殼應(yīng)力以及地殼應(yīng)變的日變化，該測量記錄表明，利用應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10能夠進(jìn)一步高靈敏度地檢測出所受到的來自基巖的應(yīng)力以及基巖的應(yīng)變。
[0141]而且，根據(jù)在圖7中來自基巖所受到的應(yīng)力以及根據(jù)在圖8中基巖的應(yīng)變，可以分別看出東海道南方?jīng)_地震和駿河灣地震的變化。
[0142]但是，由于圖7、圖8中的時間軸的壓縮，沒有看見地震波的波形。
[0143]另一方面，因?yàn)樵趫D9中的時間軸的延長，可以清楚看出僅是應(yīng)力地震波形。[0144]因此，根據(jù)圖7-9，可以檢測出由于遠(yuǎn)處地震所受到的來自基巖的應(yīng)力和基巖的應(yīng)變的變化。
[0145]雖然在圖9和說明書中沒有示出，但是多個觀測結(jié)果清楚地顯示出，應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10具有足夠的靈敏度以檢測出發(fā)生在世界上任何地方的里氏6.5級以上的地震。
[0146](10)各檢測單元30a?30c，40的位移檢測傳感器38將所受到的來自基巖的應(yīng)力以及基巖的應(yīng)變的檢測結(jié)果轉(zhuǎn)換為電信號或光信號。
[0147]因此，通過以下測試方法，基于預(yù)先求得的針對所受到來自基巖的應(yīng)力以及基巖的應(yīng)變的變化的位移檢測傳感器38的電信號或光信號的信號電平的變化特性，能夠得到信號電平和應(yīng)力之間的準(zhǔn)確特性，并同時得到信號電平和應(yīng)變之間的準(zhǔn)確特性。
[0148]因此，根據(jù)以下的測試方法，應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10能夠連續(xù)地檢測到其被埋設(shè)/設(shè)置的地點(diǎn)處的應(yīng)力和應(yīng)變的絕對值。
[0149](a)壓力測試:將應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10設(shè)置在水壓可變的容器中并針對容器內(nèi)的水壓的變化來測量位移檢測傳感器38的信號電平的變化特性的測試方法。
[0150](b)負(fù)載測試:在受壓面31、32、41上施加來自負(fù)載檢測器的負(fù)載并針對該負(fù)載的變化來測量位移檢測傳感器38的信號電平的變化特性的測試方法。
[0151](C)應(yīng)變測試:使作用在受壓面31、32、41的位移發(fā)生變化并對該位移變化來測量位移檢測傳感器38的信號電平的變化特性的測試方法。
[0152]〈其他的實(shí)施例〉
[0153]本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例中，也可體現(xiàn)為以下具體化，即使在這種情況下，也能夠起到和上述實(shí)施例中的相同的作用、效果。
[0154](I)殼體20并不限于是圓柱狀，只要是柱狀的形狀，其可具有任何的形狀。
[0155](2)應(yīng)力水平分量檢測單元30a?30c并不限于是三個，設(shè)置為兩個以下或四個以上也可以，各個應(yīng)力水平分量檢測單元的受壓面31、32的軸方向可以根據(jù)需要任意設(shè)定。
[0156]而且，可以在相對中心軸P的方向?yàn)閮A斜的方向上設(shè)置與應(yīng)力水平分量檢測單元30a-30c同樣結(jié)構(gòu)的單元，因此能夠檢測出所受到的來自基巖的應(yīng)力以及基巖的應(yīng)變的傾斜分量。
[0157]因此，根據(jù)檢測出的水平、垂直及傾斜分量，能夠求得應(yīng)力及應(yīng)變的三維分量。
[0158](3)在應(yīng)力放大裝置37在具有足夠強(qiáng)度的情況下，框架部36可以省掉。
[0159](4)在應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10埋設(shè)/設(shè)置在所受到的來自基巖的應(yīng)力及基巖的應(yīng)變的變化較大的地方的情況下，應(yīng)力放大裝置37也可以省掉。
[0160](5)在上述實(shí)施例中，應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10放置在垂直于地面而挖掘的鉆孔60內(nèi)。
[0161]或者，應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10可設(shè)置在沿相對地面傾斜的方向挖掘的鉆孔60內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10的殼體20可埋設(shè)/設(shè)置在沿著在地里挖掘出來的鉆孔60而與基巖形成一體。
[0162](6)在地下深處的建筑施工、隧道施工和礦山作業(yè)等中，可能發(fā)生與人的生命相關(guān)的山體塌方等災(zāi)害，需要對這些災(zāi)害發(fā)生進(jìn)行預(yù)測，以減輕這些災(zāi)害。
[0163]因此，應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置10不僅可以用于地震預(yù)測的研究，還可以用于對在上述施工和作業(yè)中的安全確認(rèn)和異常變化的預(yù)測。[0164]本發(fā)明沒有對上述各方面以及上述實(shí)施例的說明進(jìn)行任何限定。不脫離權(quán)利要求范圍的記載，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易想到的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變形的也包含在本發(fā)明中。在本說明書中明確示出的論文，公開特許公報，特許公報等的內(nèi)容，所述全部內(nèi)容通過引用并入本文。
[0165]附圖標(biāo)記說明
[0166]10應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置
[0167]20 殼體
[0168]31、32、41 受壓面
[0169]30a 30c應(yīng)力水平分量檢測單元(受壓部件)
[0170]40應(yīng)力垂直分量檢測單元
[0171]38位移檢測傳感器
[0172]36框架部(連接部件)
[0173]37應(yīng)力放大裝置(應(yīng)力放大機(jī)構(gòu))
[0174]60 鉆孔
【權(quán)利要求】
1.應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置，具備: 柱狀的殼體，其被埋設(shè)/設(shè)置在基巖中； 受壓構(gòu)件，其具有用于檢測所受到的來自所述基巖的應(yīng)力以及所述基巖的應(yīng)變的兩個受壓面，所述兩個受壓面均設(shè)置在正交于所述殼體的軸向方向的同一軸上，從所述殼體的外周壁露出，并且所述受壓構(gòu)件未與所述殼體機(jī)械式連接； 位移檢測傳感器，其根據(jù)所述兩個受壓面之間的位移量檢測出所受到的來自所述基巖的應(yīng)力以及所述基巖的應(yīng)變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置，其特征在于，具備: 大致環(huán)狀的連接構(gòu)件，其連接到所述兩個受壓面上，并且在所述兩個受壓面受到應(yīng)力時發(fā)生彈性形變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置，其特征在于， 在所述殼體上安裝有多個所述受壓構(gòu)件，其中各個受壓構(gòu)件的受壓面的軸向方向是不同的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項所述的應(yīng)力和應(yīng)變檢測裝置，其特征在于，具備: 應(yīng)力放大機(jī)構(gòu)，其運(yùn)用杠桿原理來連續(xù)地放大所述兩個受壓面所受到的來自基巖的應(yīng)力，并通過所述位移檢測傳感器來檢測出由該應(yīng)力放大機(jī)構(gòu)所放大的杠桿末端的位移量。
【文檔編號】G01B21/32GK103443654SQ201280001105
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2012年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月3日
【發(fā)明者】石井紘, 淺井康広, 菅谷日出夫 申請人:公益財團(tuán)法人地震預(yù)知綜合研究振興會, 菅谷技術(shù)有限會社