【技术实现步骤摘要】
本专利技术检测地应力，具体为一种快速检测地应力的装置及方法。
技术介绍
1、地应力是指地球内部岩石由于受到重力、构造运动、地壳板块运动、地热梯度等因素影响而产生的应力。它对地质结构、地震活动、岩石变形和矿产资源的形成等都有重要影响。随着国家建设的发展，在一些隧道、地铁、矿井、大坝、水库等工程中，地应力是一个非常重要的考虑因素。地应力是引起地下工程围岩破坏的根本因素，特别是在地下工程如隧道、矿井的开挖过程中，高地应力可能导致围岩的变形和破坏，影响结构的稳定性。地应力的变化会影响岩体的变形特性，地下工程施工过程中，地应力的重新分布可能导致岩体的不均匀变形，从而影响工程的稳定性。
2、现场工程生产中对地应力的检测伴随着危险程度大，检测周期长，影响施工的周期进度。为此一种快速、高效、安全、容易操作的地应力检测装置将会改变地应力测量局限性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种快速检测地应力的装置及方法，该装置采用了一种间接的方式对地应力进行检测，通过建立一种破坏图像和应力大小数据之间关系，可快速换算出地应力的大小，也就是在模拟装置中采用固定量的气爆压力或者水压力，对不同应力大小的模拟岩块进行施加应力，针对不同的应力下，得到裂缝深度，裂缝宽度，裂缝位置的对照数据。在实际工程中，采用与实验室相同的气爆压力或者水压力，对模拟岩块进行施加应力，得到一组裂缝宽度，深度，位置数据，找到与之对应的实验数据，可直接匹配出对应的应力大小。此方法操作简单，并且获取结果快速，
2、为了实现上述的技术特征，本专利技术的目的是这样实现的：一种快速检测地应力的装置，包括三块固定压力板和三块可调节压力板，所述固定压力板和可调节压力板之间通过调节螺栓组装固定，并构成一个对内部可调节压力的盒体，通过拧紧调节螺栓的程度来控制压力的大小；盒体的内部放置一个模拟岩块；位于顶部的调节压力板上预留有用于钻孔的预留孔；预留孔的两侧设置有上部弧形夹器，上部弧形夹器之间通过调节螺栓锁紧固定，模拟岩块的顶部由穿过预留孔的钻机钻取有钻孔。
3、所述固定压力板和可调节压力板都分别采用高强度钢板制成，且所述固定压力板的内部有内螺纹孔，所述内螺纹孔与相应的调节螺栓构成螺纹配合。
4、具体压力调节过程中，三块可调节压力板需要在三个方向均匀施加，通过内部压力片的数据实时进行调节。
5、上部弧形夹器、调节螺栓与可调节压力板结合成整体结构，并跟随着压力板上下移动。
6、上部弧形夹器和调节螺栓与二氧化碳起爆装置相配合，并用于夹住二氧化碳起爆装置的气爆管顶部，并通过调节气爆管的上下前后方向，使得气爆管的泄压阀处于模拟岩块钻孔的中心位置，当气压阀打开时，气爆产生的冲击能够使得泄压阀周围的岩石受力均匀。
7、所述模拟岩块钻孔的孔壁上设置有四个应力片，四个应力片相邻的两个互相垂直安放，在钻孔和模拟岩块的外边缘处放置应力片。
8、模拟岩块内部的钻孔放置有高压水囊，所述高压水囊通过高压水管连接高压水泵，二氧化碳起爆装置连接有用于控制起爆的导线。
9、还包括扫描仪，所述扫描仪带有能够360°旋转的探头。
10、还包括能够更换的钻头，所述钻头头部带有可张开的飞片，飞片通过连接杆连接在飞片高低调节环上，飞片高低调节环套装在钻杆上。
11、采用一种快速检测地应力的装置检测地应力的方法，包括以下步骤
12、步骤1：首先制备模拟岩块，调节可调节压力板与固定压力板组成一个盒体，将模拟岩块放进去并在里面提前放置应力片，应力片接通电源开始监测应力；
13、步骤2：等待模拟岩块膨胀完毕，再次将可调节压力板压紧，继续对模拟岩块施加外力，使模拟岩块内部蓄积更高的应力；
14、步骤3：在可调节压力板预留孔处用钻孔机进行钻孔，钻孔完成后在孔壁再次安装应力片，应力片的安装位置是两个相邻的应力片互相垂直，应力片的位置应该在钻孔靠下深度的位置，应力片接通电源；
15、步骤4：将二氧化碳起爆装置通过上部夹器固定起来，调节二氧化碳起爆装置的位置，使之位于孔洞的中心点，然后调节可调节压力板调节气爆管的上下高度，使泄压阀的位置与应力片高度平齐，接着二氧化碳起爆装置接通电源；
16、步骤5：爆破完成取出二氧化碳起爆装置，迅速用支架固定三维扫描仪，将扫描仪探头伸进破爆处贴有应力片位置，扫描脱落，裂缝情况；
17、步骤6：读取应力片数据，将图形位置与应力片位置对应分析。
18、本专利技术有如下有益效果：
19、1.本专利技术创新性的采用了一种间接的方式对地应力进行检测，通过建立一种破坏图像和应力大小数据之间关系，可快速换算出地应力的大小，也就是在模拟装置中采用固定量的气爆压力或者水压力，对不同应力大小的模拟岩块进行施加应力，针对不同的应力下，得到裂缝深度，裂缝宽度，裂缝位置的对照数据。在实际工程中，采用与实验室相同的气爆压力或者水压力，对模拟岩块进行施加应力，得到一组裂缝宽度，深度，位置数据，找到与之对应的实验数据，可直接匹配出对应的应力大小。此方法操作简单，并且获取结果快速，应用广泛，成本较低等优点，极大地降低了地应力检测的难度。
20、2.本专利技术创新性的采用水压或者其他液压的方法，具备成本低，材料简单，水囊可重复利用等优点，大大降低了成本。
21、3.在模拟岩块的制备中，调节膨胀剂的比例，可以改变模拟岩块内部的应力，外部压力板可调节，也可对模拟岩块内部应力进行调节，且压力板可三向自由调节，对应力的控制更为简便。
22、4.本专利技术创新性的采用爆破的方法，选用二氧化碳气爆装置，二氧化碳爆破技术可以应用于多种复杂的作业环境，如深基坑、隧道、井下等，提供了更多选择性,二氧化碳爆破不产生有毒气体或有害废物，对环境无污染。根据需要调整爆破威力，提供了更大的灵活性。
23、5.本专利技术创新性的采用三维扫描仪，三维扫描仪能够在不接触物体的情况下进行测量，这对于那些易碎、危险或无法接触的物体尤其有用。三维扫描仪可以全方位地采集数据，生成完整的三维模型，这对于复杂结构的测量非常有用。
24、6.本专利技术在常规孔洞底部钻出一个球形的空间，形成一个三维立体空间，在水压检测和气爆检测的二维拓展到三维。二维方向上的测量一般默认钻孔方向平行于一个主应力方向，但在实际中，并不能保证钻孔方向平行于一个主应力方向。在球形空间中，不需要考虑方向问题，三向应力大小和方向更加精准，更能满足实际情况。
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1.一种快速检测地应力的装置，其特征在于，包括三块固定压力板（1）（2）（3）和三块可调节压力板（4）（5）（6），所述固定压力板（1）（2）（3）和可调节压力板（4）（5）（6）之间通过调节螺栓（701）（702）（703）（704）（705）（706）组装固定，并构成一个对内部可调节压力的盒体，通过拧紧调节螺栓的程度来控制压力的大小；盒体的内部放置一个模拟岩块（10）；位于顶部的调节压力板上预留有用于钻孔的预留孔；预留孔的两侧设置有上部弧形夹器（8）（9），上部弧形夹器（8）（9）之间通过调节螺栓（707）（708）锁紧固定，模拟岩块（10）的顶部由穿过预留孔的钻机钻取有钻孔。
2.根据权利要求1所述一种快速检测地应力的装置，其特征在于，所述固定压力板（1）（2）（3）和可调节压力板（4）（5）（6）都分别采用高强度钢板制成，且所述固定压力板（2）（3）的内部有内螺纹孔，所述内螺纹孔与相应的调节螺栓（701）（702）（703）（704）（705）（706）构成螺纹配合。
3.根据权利要求1所述一种快速检测地应力的装置，其特征在于，具体压力调节过程中，
4.根据权利要求1所述一种快速检测地应力的装置，其特征在于，上部弧形夹器（8）（9）、调节螺栓（707）（708）与可调节压力板（6）结合成整体结构，并跟随着压力板（6）上下移动。
5.根据权利要求4所述一种快速检测地应力的装置，其特征在于，上部弧形夹器（8）（9）和调节螺栓（707）（708）与二氧化碳起爆装置（15）相配合，并用于夹住二氧化碳起爆装置（15）的气爆管顶部，并通过调节气爆管的上下前后方向，使得气爆管的泄压阀处于模拟岩块（10）钻孔的中心位置，当气压阀打开时，气爆产生的冲击能够使得泄压阀周围的岩石受力均匀。
6.根据权利要求5所述一种快速检测地应力的装置，其特征在于，所述模拟岩块（10）钻孔的孔壁上设置有四个应力片（11）（112）（113）（114），四个应力片相邻的两个互相垂直安放，在钻孔和模拟岩块的外边缘处放置应力片（171）（172）（173）（174）。
7.根据权利要求6所述一种快速检测地应力的装置，其特征在于，模拟岩块（10）内部的钻孔放置有高压水囊（12），所述高压水囊（12）通过高压水管（13）连接高压水泵，二氧化碳起爆装置（15）连接有用于控制起爆的导线（16）。
8.根据权利要求6所述一种快速检测地应力的装置，其特征在于，还包括扫描仪，所述扫描仪带有能够360°旋转的探头。
9.根据权利要求6所述一种快速检测地应力的装置，其特征在于，还包括能够更换的钻头，所述钻头头部带有可张开的飞片（19），飞片（19）通过连接杆（18）连接在飞片高低调节环（17）上，飞片高低调节环（17）套装在钻杆上。
10.采用权利要求1-9任意一项所述一种快速检测地应力的装置检测地应力的方法，其特征在于，包括以下步骤
...【技术特征摘要】
1.一种快速检测地应力的装置，其特征在于，包括三块固定压力板（1）（2）（3）和三块可调节压力板（4）（5）（6），所述固定压力板（1）（2）（3）和可调节压力板（4）（5）（6）之间通过调节螺栓（701）（702）（703）（704）（705）（706）组装固定，并构成一个对内部可调节压力的盒体，通过拧紧调节螺栓的程度来控制压力的大小；盒体的内部放置一个模拟岩块（10）；位于顶部的调节压力板上预留有用于钻孔的预留孔；预留孔的两侧设置有上部弧形夹器（8）（9），上部弧形夹器（8）（9）之间通过调节螺栓（707）（708）锁紧固定，模拟岩块（10）的顶部由穿过预留孔的钻机钻取有钻孔。
2.根据权利要求1所述一种快速检测地应力的装置，其特征在于，所述固定压力板（1）（2）（3）和可调节压力板（4）（5）（6）都分别采用高强度钢板制成，且所述固定压力板（2）（3）的内部有内螺纹孔，所述内螺纹孔与相应的调节螺栓（701）（702）（703）（704）（705）（706）构成螺纹配合。
3.根据权利要求1所述一种快速检测地应力的装置，其特征在于，具体压力调节过程中，三块可调节压力板（4）（5）（6）需要在三个方向均匀施加，通过内部压力片的数据实时进行调节。
4.根据权利要求1所述一种快速检测地应力的装置，其特征在于，上部弧形夹器（8）（9）、调节螺栓（707）（708）与可调节压力板（6）结合成整体结构，并跟随着压力板（6）上下移动。
5.根据权利要求4...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘杰，王超，王斌，孙坤，宋郭峰，胡格格，刘王豪，邓浩杰，赖擎宇，国世文，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：
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