便攜式氣動脈沖地應(yīng)力原位測試儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明便攜式氣動脈沖地應(yīng)力原位測試儀主要由信號發(fā)射系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、信息顯示系統(tǒng)組成?；跉鈩用}沖原理，通過在測試空間中打設(shè)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(jīng)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(jìn)行實時監(jiān)測，基于力的平衡原理，通過微處理器對監(jiān)測變形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而計算出原巖應(yīng)力的大小和方向。該儀器用于實現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)條件下地應(yīng)力原位測試的低成本化和可視化，在地應(yīng)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(yīng)力原位測試儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種地應(yīng)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(fù)雜地質(zhì)條件下的巖土工程，特別是地下空間工程的地應(yīng)力原位測試技術(shù)中。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國國民經(jīng)濟建設(shè)快速穩(wěn)步發(fā)展，在復(fù)雜地形地貌條件下修建大量的巖土工程已經(jīng)基本涵蓋了能源、水利水電和交通運輸?shù)雀鱾€方面。特別是對于地下空間工程而言，原位地應(yīng)力的測量和相關(guān)的研究工作尤為重要。我國在20世紀(jì)首次成功進(jìn)行原位地應(yīng)力測試之后，在地應(yīng)力測量方面積累的大量的研究成果。目前已經(jīng)形成完整的地應(yīng)力測試手段及分析方法，主要包括應(yīng)力解除法、應(yīng)力恢復(fù)法、水壓致裂法、鉆孔崩落法、震源機制分析法、地質(zhì)資料分析法、巖石強度估計應(yīng)力法、凱瑟效應(yīng)法(Kaiser法)、原子磁性共振法、同位素法等，有效的滿足了地應(yīng)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(chǔ)。由于巖土工程施工環(huán)境的復(fù)雜性和多變性，加之現(xiàn)有測試技術(shù)和測試方法操作工藝復(fù)雜，部分測試技術(shù)費用昂貴，且對地質(zhì)環(huán)境(水、溫度、磁場)的適應(yīng)性不強等因素造成地應(yīng)力原位測試工作面臨諸多困難。缺少對原始地應(yīng)力環(huán)境的準(zhǔn)確把控是導(dǎo)致一系列巖土工程施工安全事故屢屢發(fā)生的根本誘因。提供一種攜帶方便、操作簡單、對地質(zhì)環(huán)境適應(yīng)性強的地應(yīng)力原位測試儀器是復(fù)雜工程地質(zhì)條件下巖土工程施工的客觀要求，也是豐富我國地應(yīng)力原位測試技術(shù)體系的根本要求。為此,本發(fā)明提出一種便攜式氣動脈沖地應(yīng)力原位測試儀，基于氣動脈沖原理，通過在原巖地質(zhì)體中打設(shè)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(chǎn)生的應(yīng)變通過信號探測器進(jìn)行實時監(jiān)測，通過微處理器對監(jiān)測到的壓陷量進(jìn)行處理，從而計算出原巖應(yīng)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(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)條件下地應(yīng)力原位測試的低成本化和可視化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是提供一種操作簡單、準(zhǔn)確度高、數(shù)據(jù)處理方便可信的便攜式氣動脈沖地應(yīng)力原位測試儀器，實現(xiàn)復(fù)雜巖土工程特別是地下空間工程中地應(yīng)力的快速測定。
[0004]技術(shù)方案:本發(fā)明便攜式氣動脈沖地應(yīng)力原位測試儀包括信號發(fā)射系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、信息顯示系統(tǒng)組成。其中數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和信號顯示系統(tǒng)全部封裝在留設(shè)USB接口的便攜式地應(yīng)力原位測試儀中。所述的信號發(fā)射系統(tǒng)由鉆孔探針、進(jìn)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(tǒng)包括變形監(jiān)測儀和信號放大器組成。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過A/D轉(zhuǎn)換器將信號放大器傳輸?shù)膶崪y變形信號轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)信號傳遞到微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，微處理器通過蓄電池提供動力。由彩色電子屏、壓力監(jiān)測儀組成的信息顯示系統(tǒng)實時傳輸經(jīng)過微處理器計算過的地應(yīng)力實測值，所有實測數(shù)據(jù)和計算數(shù)據(jù)保存在內(nèi)存卡中。[0005]有益效果:本發(fā)明應(yīng)用地應(yīng)力原位測試技術(shù)中，具體應(yīng)用在復(fù)雜巖土工程特別是地下空間工程的地應(yīng)力原位測試技術(shù)中，采用便攜式氣動脈沖地應(yīng)力原位測試儀可以有效地減少傳統(tǒng)地應(yīng)力原位測試的操作環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了地應(yīng)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(yīng)力原位測試儀降低了儀器對于特殊地質(zhì)條件適應(yīng)性的嚴(yán)格要求，很大程度上減少了由于特殊環(huán)境帶來的測量誤差，保證了測試數(shù)據(jù)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。同時，可視化信息顯示系統(tǒng)實現(xiàn)了井下實測數(shù)據(jù)的實時顯示和完整傳輸，最大限度的記錄數(shù)據(jù)。微處理器進(jìn)行實測數(shù)據(jù)的處理規(guī)避了由于人工處理計算帶來的誤差，也降低了數(shù)據(jù)處理的程序，提高了實測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
[0006]便攜式氣動脈沖地應(yīng)力原位測試儀結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計精巧合理，操作簡單，在巖土工程地應(yīng)力原位測試方面具有廣泛的實用性，使復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下的巖土工程地應(yīng)力原位測試簡單化，保證了所有實測數(shù)據(jù)的真實可靠。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明便攜式氣動脈沖地應(yīng)力原位測試儀基本原理示意圖。
[0008]圖2是本發(fā)明便攜式氣動脈沖地應(yīng)力原位測試儀整體結(jié)構(gòu)圖。
[0009]圖中:1_測試空間，2-實測鉆孔，3-便攜式氣動脈沖地應(yīng)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(guān)，9-彩色顯示屏，10-壓力平衡器，11-信號放大器，12-A/D信號轉(zhuǎn)換器，13-進(jìn)氣口，14-內(nèi)存卡，15-蓄電池，16-空氣加壓器，17-微處理器，18-手柄，19-壓力監(jiān)測儀，20-鉆孔探針，21-空氣噴口，22-變形監(jiān)測儀。
【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進(jìn)一步的描述:
圖1所示，本發(fā)明便攜式氣動脈沖地應(yīng)力原位測試儀(3)安設(shè)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(zhì)體中，當(dāng)加壓后的空氣到達(dá)實測鉆孔(4)底部時，根據(jù)力的平衡原理，實測鉆孔(4)底部的巖石應(yīng)該到達(dá)理論變形位置(6)，由于地應(yīng)力的存在，只到達(dá)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(yīng)力大小。通過打設(shè)不同方向的實測鉆孔(2)，根據(jù)力的合成原理計算地應(yīng)力的方向和大小。
[0011]圖2所示，本發(fā)明便攜式氣動脈沖地應(yīng)力原位測試儀由信號發(fā)射系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、信息顯示系統(tǒng)組成。所述的信號發(fā)射系統(tǒng)的鉆孔探針(20)布置在實測鉆孔(2)底部，空氣流經(jīng)過進(jìn)氣口(13)到達(dá)空氣加壓器(16)，加壓后的空氣流經(jīng)過壓力平衡器(10)后通過鉆孔探針(20)輸送到空氣噴頭(21)，當(dāng)壓力監(jiān)測儀(19)顯示經(jīng)過空氣加壓器(16)和壓力平衡器(10)的空氣壓力達(dá)到預(yù)定值時，按動啟動開關(guān)(8)，加壓后的空氣流轉(zhuǎn)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(jiān)測儀(22)將實測鉆孔(2)的實測變形位置(5)進(jìn)行標(biāo)記。信號采集系統(tǒng)中安裝在鉆孔探針(20)上的變形監(jiān)測儀(22 )將采集到的巖體形變通過鉆孔探針(20 )傳輸?shù)叫盘柗糯笃?11)。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中的A/D信號轉(zhuǎn)換器(12)將通過信號放大器(11)放大過的監(jiān)測的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后傳輸?shù)轿⑻幚砥?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(shù)據(jù)和處理 過的數(shù)據(jù)均存儲在內(nèi)存卡(14)中。
【權(quán)利要求】
1.便攜式氣動脈沖地應(yīng)力原位測試儀，基于氣動脈沖原理進(jìn)行地應(yīng)力原位測試；其特征在于:該便攜式氣動脈沖地應(yīng)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(chǎn)生形變，從而實現(xiàn)地應(yīng)力的原位測試。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式氣動脈沖地應(yīng)力原位測試儀，其特征在于:所述的測試儀(I)通過其內(nèi)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(chǎn)生形變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式氣動脈沖地應(yīng)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(diào)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(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】趙紅超, 劉洪林, 張東升, 呂金星, 張曉雷, 溫穎遠(yuǎn), 張志強, 何秋 申請人:新疆大學(xué)