地應(yīng)力傳感柱的制作方法與裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種制作深部軟巖地應(yīng)力測(cè)試用的地應(yīng)力傳感柱的裝置，包括合在一起形成圓柱體空間的模具底座和模具上蓋，模具底座的兩端有卡槽，用于插入前擋板和后擋板；模具底座的兩條棱上有連接孔，可與固定架或模具上蓋通過(guò)榫卯結(jié)構(gòu)固定；固定架上有定位孔，固定頭插入定位孔可上下移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，通過(guò)固定螺栓固定；固定頭的下端具有與傳感器的頂點(diǎn)契合的形狀；前擋板和后擋板上也有連接孔，與定位架通過(guò)榫卯結(jié)構(gòu)固定；定位架上有兩個(gè)中心定位激光器和兩個(gè)棱線(xiàn)定位激光器，中心定位激光器的光束可垂直通過(guò)固定架上的定位孔。使用該裝置以水泥砂漿澆筑制作地應(yīng)力傳感柱，精確定位兩個(gè)三向壓力盒的空間相互關(guān)系，利于地應(yīng)力的計(jì)算和測(cè)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】地應(yīng)力傳感柱的制作方法與裝置
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于巖土測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地涉及一種用于深部軟巖地應(yīng)力測(cè)試的地應(yīng)力傳感柱的制作方法與裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]煤礦巷道的安全建設(shè)需要對(duì)圍巖地應(yīng)力進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。在煤礦深部破碎軟弱的圍巖中，常用的水壓致裂法和應(yīng)力解除法都不能有效實(shí)施。中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所提出了一種“基于流變應(yīng)力恢復(fù)原理的深部軟巖地應(yīng)力測(cè)試方法和裝置”(專(zhuān)利201210096644.6)，利用深部軟巖在高地應(yīng)力下流變的特性，實(shí)現(xiàn)軟巖地應(yīng)力的實(shí)時(shí)和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。進(jìn)行地應(yīng)力測(cè)量時(shí)，需要將兩個(gè)三向壓力盒放置到鉆孔中的一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，并記錄兩個(gè)三向壓力盒之間任意兩個(gè)工作面法線(xiàn)方向之間的夾角，通過(guò)方程組解算得到應(yīng)力分量。由于破碎軟弱的鉆孔孔壁對(duì)推送過(guò)程有一定的影響，如果單獨(dú)將兩個(gè)壓力盒推送至測(cè)試點(diǎn)，則其相對(duì)角度很難準(zhǔn)確獲得。為了使兩個(gè)壓力盒不發(fā)生相對(duì)位移和旋轉(zhuǎn)地推送至待測(cè)量的位置，可以預(yù)先使用直徑比測(cè)量鉆孔略小的水泥混凝土圓柱體將兩個(gè)壓力盒包裹固定，送入鉆孔中，圍巖流變收縮后，進(jìn)行地應(yīng)力的傳遞和測(cè)量。這樣包含有一對(duì)三向壓力盒的混凝土圓柱體稱(chēng)為地應(yīng)力傳感柱。由于地應(yīng)力的測(cè)量與計(jì)算對(duì)兩個(gè)三向壓力盒相對(duì)角度的精度要求很高，地應(yīng)力傳感柱的制作需要一種能準(zhǔn)確且便捷定位兩個(gè)壓力盒的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供了一種能準(zhǔn)確且便捷定位兩個(gè)壓力盒的地應(yīng)力傳感柱的制作方法和制作裝置。通過(guò)該裝置和方法，可以快速制作出應(yīng)力傳感柱，用于基于流變應(yīng)力恢復(fù)原理的地應(yīng)力測(cè)試，兩個(gè)三向壓力盒相對(duì)角度定位精確。
[0005]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種制作地應(yīng)力傳感柱的裝置，包括合在一起形成圓柱體空腔的模具底座和模具上蓋，所述模具底座的兩端有卡槽，用于插入前擋板和后擋板；模具底座的兩條棱上有連接孔，可與固定架或模具上蓋通過(guò)榫卯結(jié)構(gòu)固定；
所述固定架上有定位孔，固定頭插入定位孔可上下移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，通過(guò)螺栓固定；所述固定頭的下端具有與傳感器的頂點(diǎn)契合的形狀；
所述前擋板和后擋板上也有連接孔，與定位架通過(guò)榫卯結(jié)構(gòu)固定；定位架上有兩個(gè)中心定位激光器和兩個(gè)棱線(xiàn)定位激光器，所述中心定位激光器的光束可垂直通過(guò)固定架上的定位孔。
[0006]所述前擋板上還有通過(guò)傳感器導(dǎo)線(xiàn)的引線(xiàn)孔；模具上蓋上有用于注漿的注漿孔。
[0007]所述固定頭為管狀，用于固定傳感器。
[0008]作為一種優(yōu)選，除了中心定位激光器和棱線(xiàn)定位激光器之外的所有部件均用不銹鋼制作。
[0009]本發(fā)明還提供了一種使用上述裝置制作地應(yīng)力傳感柱的方法，包括以下步驟:
(1)將前擋板和后擋板通過(guò)卡槽與模具底座連接，將固定架通過(guò)連接孔與模具底座連接，將定位架通過(guò)連接孔與前擋板和后擋板連接；
(2)打開(kāi)中心定位激光器,在模具底座上有一光斑,將三向壓力盒的一頂點(diǎn)與該光斑重合，并使另一對(duì)角頂點(diǎn)與激光束相交；
(3)從定位孔中插入固定頭,卡住三向壓力盒，并旋轉(zhuǎn)，使得三向壓力盒的一條棱與棱線(xiàn)定位激光器發(fā)出的光束相交；擰緊固定螺栓；
(4)重復(fù)(2)?(3)操作，固定另一個(gè)三向壓力盒；兩個(gè)三向壓力盒的導(dǎo)線(xiàn)通過(guò)前擋板的引線(xiàn)孔引出；
(5)往模具底座中倒入水泥砂漿，放置至初凝狀態(tài)，固定住兩個(gè)三向壓力盒；
(6)移走固定架和定位架，裝上模具上蓋；通過(guò)模具上蓋的注漿孔注入水泥砂漿至滿(mǎn)；凝固后，取出混凝土柱體，得到用于深部軟巖地應(yīng)力測(cè)試的地應(yīng)力傳感柱。
[0010]本發(fā)明具有以下的有益效果和優(yōu)點(diǎn):①可快速準(zhǔn)確地制作深部軟巖地應(yīng)力測(cè)試用的應(yīng)力傳感柱，一致性好；②精確定位兩個(gè)三向壓力盒的空間相互關(guān)系，利于地應(yīng)力的計(jì)算和測(cè)量。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為地應(yīng)力傳感柱制作裝置的模具外殼結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]1-模具上蓋，2-前擋板，3-卡槽，5-后擋板，6-連接孔，7-模具底座，15-注漿孔。
[0013]圖2為地應(yīng)力傳感柱制作裝置的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]8-定位架,9-固定架，10-中心定位激光器，11-棱線(xiàn)定位激光器，12-引線(xiàn)孔，16-三向壓力盒。
[0015]圖3為固定架與傳感器局部示意圖。
[0016]4-定位孔,9-固定架，13-螺栓，14-固定頭，16-三向壓力盒。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0018]如圖1、圖2、圖3所示，一種制作地應(yīng)力傳感柱的裝置，包括合在一起形成圓柱體空腔的模具底座7和模具上蓋1，所述模具底座7的兩端有卡槽3，用于插入前擋板2和后擋板5 ;模具底座的兩條棱上有連接孔6，可與固定架9或模具上蓋I通過(guò)榫卯結(jié)構(gòu)固定；
所述固定架9上有定位孔4，固定頭14插入定位孔4可上下移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，通過(guò)螺栓13固定；所述固定頭14的下端具有與三向壓力盒的頂點(diǎn)契合的形狀；
所述前擋板2和后擋板5上也有連接孔6，與定位架8通過(guò)榫卯結(jié)構(gòu)固定；定位架8上有兩個(gè)中心定位激光器10和兩個(gè)棱線(xiàn)定位激光器11，所述中心定位激光器10的光束可垂直通過(guò)固定架9上的定位孔4。
[0019]所述前擋板2上還有通過(guò)三向壓力盒導(dǎo)線(xiàn)的引線(xiàn)孔12 ;模具上蓋I上有用于注漿的注漿孔15。
[0020] 應(yīng)用上述裝置進(jìn)行應(yīng)力傳感柱的制作，包括以下步驟:
(1)將前擋板2和后擋板5通過(guò)卡槽3與模具底座7連接，將固定架9通過(guò)連接孔6與模具底座7連接，將定位架8通過(guò)連接孔6與前擋板2和后擋板5連接；
(2)打開(kāi)中心定位激光器10,在模具底座7上有一光斑,將三向壓力盒16的一頂點(diǎn)與該光斑重合，然后使另一對(duì)角頂點(diǎn)與激光束相交；
(3)從定位孔4中插入固定頭14,卡住三向壓力盒16,并旋轉(zhuǎn)，使得三向壓力盒16的一條棱與棱線(xiàn)定位激光器發(fā)出的光束相交；擰緊螺栓13，使得三向壓力盒固定；
(4)重復(fù)(2)?(3)操作，固定另一個(gè)三向壓力盒；兩個(gè)三向壓力盒的導(dǎo)線(xiàn)通過(guò)前擋板2的引線(xiàn)孔12引出；
(5)往模具底座7中倒入水泥砂漿，放置至初凝狀態(tài)，固定住兩個(gè)三向壓力盒；
(6)移走定位架8和固定架9，裝上模具上蓋I。
[0021](7)通過(guò)模具上蓋I的三個(gè)注漿孔15注入水泥砂漿至滿(mǎn)。
[0022](8)水泥砂漿凝固后，通過(guò)移走后擋板5和模具上蓋I將成形的澆鑄混凝土柱體取出，得到可供鉆孔內(nèi)測(cè)試使用的應(yīng)力傳感柱。
[0023]三向壓力盒16形狀一般為立方體。
[0024]上述除了中心定位激光器10和棱線(xiàn)定位激光器11之外的所有部件都用不銹鋼制作，以適應(yīng)混凝土砂漿的重復(fù)澆筑使用。
[0025]作為一個(gè)工程示例，模具上蓋I和模具底座7組成的內(nèi)部圓柱空間直徑為13厘米，長(zhǎng)度為80厘米。中心定位激光器10和棱線(xiàn)定位激光器11為半導(dǎo)體激光器，如長(zhǎng)春錯(cuò)仕650nm紅色激光單元，Imw功率，光斑直徑1mm。三向壓力盒16為立方體，對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度略小于13厘米。
[0026]具體使用時(shí)，首先給模具底座7的內(nèi)側(cè)刷脫模劑，采用前述步驟進(jìn)行兩個(gè)三向壓力盒16的定位安裝。兩個(gè)三向壓力盒16的導(dǎo)線(xiàn)通過(guò)前擋板2的引線(xiàn)孔12引出，并用軟性材料堵住引線(xiàn)孔12與導(dǎo)線(xiàn)之間剩余的空隙。針對(duì)煤礦千米深部圍巖強(qiáng)度范圍，采用C5到ClO標(biāo)號(hào)的水泥混凝土砂漿進(jìn)行澆筑。使用高頻振搗器進(jìn)行混凝土砂漿的振搗操作。待混凝土砂漿初凝(時(shí)間約45分鐘)后，取走定位架8、固定架9。給模具上蓋I的內(nèi)側(cè)刷脫模齊IJ，裝上模具上蓋I與模具下蓋7吻合，通過(guò)三個(gè)注漿孔15注入水泥砂漿至滿(mǎn)，并進(jìn)行振搗操作。水泥砂漿終凝(約8小時(shí))后，通過(guò)移走后擋板5和模具上蓋I將成形的澆筑混凝土柱體取出，得到可供鉆孔內(nèi)測(cè)試使用的應(yīng)力傳感柱。
【權(quán)利要求】
1.一種制作地應(yīng)力傳感柱的裝置，其特征在于，包括合在一起形成圓柱體空腔的模具底座(7 )和模具上蓋(I)，所述模具底座(7 )的兩端有卡槽(3 )，用于插入前擋板(2 )和后擋板(5);模具底座的兩條棱上有連接孔(6)，可與固定架(9)或模具上蓋(I)通過(guò)榫卯結(jié)構(gòu)固定; 所述固定架(9)上有定位孔(4)，固定頭(14)插入定位孔(4)可上下移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，通過(guò)螺栓(13)固定；所述固定頭(14)的下端具有與三向傳感器的頂點(diǎn)契合的形狀； 所述前擋板(2)和后擋板(5)上也有連接孔(6),與定位架(8)通過(guò)榫卯結(jié)構(gòu)固定；定位架(8)上有兩個(gè)中心定位激光器(10)和兩個(gè)棱線(xiàn)定位激光器(11)，所述中心定位激光器(10)的光束可垂直通過(guò)固定架(9)上的定位孔(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述前擋板(2)上還有通過(guò)三向傳感器導(dǎo)線(xiàn)的引線(xiàn)孔(12);模具上蓋(I)上有用于注漿的注漿孔(15)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述固定頭(14)為管狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，除了中心定位激光器和棱線(xiàn)定位激光器之外的所有部件均用不銹鋼制作。
5.使用權(quán)利要求1所述裝置制作地應(yīng)力傳感柱的方法，包括以下步驟: 1)將前擋板(2)和后擋板(5 )通過(guò)卡槽(3 )與模具底座(7 )連接，將固定架(9 )通過(guò)連接孔(6 )與模具底座(7 )連接，將定位架(8 )通過(guò)連接孔(6 )與前擋板(2 )和后擋板(5 )連接； 2)打開(kāi)中心定位激光器(10),在模具底座(7)上有一光斑,將三向壓力盒(16)的一頂點(diǎn)與該光斑重合，然后使另一對(duì)角頂點(diǎn)與激光束相交； 3)從定位孔(4)中插入固定頭(14),卡住三向壓力盒(16),并旋轉(zhuǎn),使得三向壓力盒(16)的一條棱與棱線(xiàn)定位激光器(11)發(fā)出的光束相交；擰緊螺栓(13)，使得三向壓力盒(16)固定； 4)重復(fù)(2)?(3)操作，固定另一個(gè)三向壓力盒；兩個(gè)三向壓力盒的導(dǎo)線(xiàn)通過(guò)前擋板(2)的引線(xiàn)孔(12)引出； 5)往模具底座(7)中倒入水泥砂漿，放置至初凝狀態(tài)，固定住兩個(gè)三向壓力盒； 6)移走固定架(9)和定位架(8)，裝上模具上蓋(I);通過(guò)模具上蓋(I)的注漿孔(15)注入水泥砂漿至滿(mǎn)；凝固后，取出混凝土柱體，得到用于深部軟巖地應(yīng)力測(cè)試的地應(yīng)力傳感柱。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的三向壓力盒為立方體。
【文檔編號(hào)】B28B1/087GK103538140SQ201310494657
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】張程遠(yuǎn), 劉泉聲, 劉小燕, 陳怡筠, 朱元廣, 蔣景東 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所