【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及地應(yīng)力測(cè)試，具體涉及一種基于非接觸式三維應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的地應(yīng)力測(cè)試方法。
技術(shù)介紹
1、在進(jìn)行地下工程的地應(yīng)力測(cè)量時(shí)，應(yīng)力解除法是一種成熟且常用的方法，其中最常用的是孔壁應(yīng)變法，該方法需要在巖壁上鉆兩個(gè)孔，首先使用空心鉆頭鉆出一個(gè)大孔，然后收回空心鉆頭，再將實(shí)心鉆頭安裝到鉆桿上，繼續(xù)向前鉆進(jìn)，將空心包體應(yīng)變計(jì)安裝到測(cè)量孔內(nèi)部，通過安裝空心包體應(yīng)變計(jì)來測(cè)量，通過測(cè)量應(yīng)力解除前后的應(yīng)變來推算巖體應(yīng)力。但是在鉆孔過程中，為了測(cè)得更真實(shí)的原巖應(yīng)力，鉆孔的長(zhǎng)度往往達(dá)到了十幾米，常采用空心鉆頭和巖心套筒進(jìn)行大孔的鉆進(jìn)工作，但巖心套筒只能儲(chǔ)存很短一部分巖心，因此需要多次提鉆和取芯工作，這個(gè)過程復(fù)雜、耗時(shí)且費(fèi)力。因此，需要采用一些更快捷方便的方法進(jìn)行改進(jìn)。
2、現(xiàn)有技術(shù)在地應(yīng)力測(cè)試中，通常采用空心包體應(yīng)變計(jì)來監(jiān)測(cè)各向應(yīng)變，并根據(jù)彈性力學(xué)間接的計(jì)算出地應(yīng)力大小和方向。然而，該方法對(duì)于鉆孔的技術(shù)要求較高。首先，由于空心包體應(yīng)變計(jì)通過其內(nèi)部的三組應(yīng)變花來進(jìn)行測(cè)量，其測(cè)得的數(shù)據(jù)需要通過線纜將電信號(hào)傳遞出來，而鉆孔的長(zhǎng)度常常達(dá)到了10～15m，過長(zhǎng)的線纜在實(shí)際操作過程中極為不便，甚至有可能將包體帶出；其次，由于應(yīng)變片是位于空心包體應(yīng)變計(jì)內(nèi)部，在應(yīng)變片與孔壁之間有用于將應(yīng)變計(jì)與巖體粘結(jié)成整體的粘合劑(環(huán)氧樹脂)，因此應(yīng)變花所測(cè)的應(yīng)變并非真實(shí)的孔壁應(yīng)變，需要對(duì)取出的包裹有空心包體應(yīng)變計(jì)的巖心進(jìn)行圍壓率測(cè)定，在計(jì)算中還需要對(duì)其結(jié)果進(jìn)行修正處理，由于粘合劑(環(huán)氧樹脂)在巖心中并非均勻，計(jì)算精度往往也并不理想。此外空心包體應(yīng)變計(jì)中的粘結(jié)劑凝
3、由此可見，現(xiàn)有技術(shù)有待于進(jìn)一步改進(jìn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的之一在于提供一種基于非接觸式三維應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的地應(yīng)力測(cè)試方法，其采用非接觸式三維應(yīng)變光學(xué)測(cè)量來檢測(cè)鉆孔孔壁的全場(chǎng)應(yīng)變，不需要進(jìn)行應(yīng)力修正，提高了測(cè)量精度。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用了以下技術(shù)方案：一種基于非接觸式三維應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的地應(yīng)力測(cè)試方法，包括以下步驟：步驟一、分別鉆應(yīng)力解除孔、錐形鉆孔和測(cè)量孔，所述的錐形鉆孔位于所述的應(yīng)力解除孔和所述的測(cè)量孔的交界處。
3、步驟二、準(zhǔn)備三維dic應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，所述的三維dic應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)包括dic圖像數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)、dic散斑制作器、dic圖像數(shù)據(jù)收集器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及鉆孔定向儀。
4、步驟三、利用所述的dic散斑制作器對(duì)所述的測(cè)量孔的孔壁進(jìn)行dic散斑制作。
5、步驟四、所述的dic圖像數(shù)據(jù)收集器包括微型相機(jī)、玻璃罩、電源、照明光源、三角形桿件以及相機(jī)固定器，照明光源位于dic圖像數(shù)據(jù)收集器的前端，并與電源連接，相機(jī)固定器位于dic圖像數(shù)據(jù)收集器的軸向上，并且設(shè)置有三個(gè)，每個(gè)相機(jī)固定器包括兩個(gè)平板，兩個(gè)平板繞相機(jī)固定器的中心相差45°，在每個(gè)平板的兩個(gè)端部設(shè)置所述的微型相機(jī)；三個(gè)相機(jī)固定器的周向角度間隔120°。
6、步驟五、將所述的dic圖像數(shù)據(jù)收集器送至測(cè)量孔的測(cè)量區(qū)域內(nèi)，將所在位置的圖像傳輸?shù)絛ic圖像數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)，當(dāng)觀察到完整的dic散斑區(qū)域后停止前進(jìn)。
7、步驟六、通過鉆孔定向儀確定測(cè)量鉆孔的方位角和傾角，并將三個(gè)相機(jī)固定器分別于測(cè)量孔區(qū)域內(nèi)的三個(gè)測(cè)量點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，記錄孔壁的圖像。
8、步驟七、進(jìn)行應(yīng)力解除，通過dic圖像數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)對(duì)記錄的圖像進(jìn)行處理。
9、步驟八、力學(xué)參數(shù)測(cè)定，并結(jié)合相關(guān)理論知識(shí)求解各主應(yīng)力。
10、上述的一種基于非接觸式三維應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的地應(yīng)力測(cè)試方法，步驟一中，應(yīng)力解除孔的孔深為10～15m，孔徑為150mm，該孔徑并作為步驟七中進(jìn)行應(yīng)力解除的孔徑大小；錐形鉆孔的錐形角度為45°；測(cè)量孔的孔徑為50mm，孔深為450mm以上。
11、上述的一種基于非接觸式三維應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的地應(yīng)力測(cè)試方法，步驟一中，應(yīng)力解除孔的鉆孔步驟為：將實(shí)心鉆頭連接在鉆桿上，在實(shí)心鉆頭后方安裝巖心套筒，啟動(dòng)與鉆桿連接的電機(jī)，推動(dòng)實(shí)心鉆頭鉆進(jìn)巖壁，孔深鉆進(jìn)至10m處時(shí)停止鉆進(jìn)；錐形鉆孔的鉆孔步驟為：采用錐形磨平鉆頭，加工錐形鉆孔；測(cè)量孔的鉆孔步驟為：將空心鉆頭連接在巖心套筒上鉆進(jìn)測(cè)量孔，鉆進(jìn)50cm后將巖心取出，進(jìn)行磨平、吹干步驟。
12、上述的一種基于非接觸式三維應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的地應(yīng)力測(cè)試方法，步驟二中，所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)傳輸單元、供電單元和遠(yuǎn)程控制單元，在使用時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器位于應(yīng)力解除孔中；所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元用于存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)，所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)傳輸單元通過采用藍(lán)牙傳輸功能將圖像信息傳輸至dic圖像數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)中；所述的供電單元為dic圖像數(shù)據(jù)收集器中的電源和微型相機(jī)供電。
13、上述的一種基于非接觸式三維應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的地應(yīng)力測(cè)試方法，步驟三中，dic散斑制作具體步驟為：先對(duì)兩種氣囊進(jìn)行底漆和散斑液涂抹，兩種氣囊分別為彈性橡膠平面氣囊和彈性橡膠凸點(diǎn)氣囊，先將彈性橡膠平面氣囊套在鉆桿前端支架上，送入測(cè)量孔，然后連接氣泵，彈性橡膠平面氣囊膨脹，將底漆印在測(cè)量孔的孔壁上；再將彈性橡膠凸點(diǎn)氣囊，套在鉆桿前端支架上，送入測(cè)量孔，然后連接氣泵，彈性橡膠凸點(diǎn)氣囊膨脹，將散斑印在孔壁上，再使用鉆桿將其吹干。
14、上述的一種基于非接觸式三維應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的地應(yīng)力測(cè)試方法，步驟四中，微型相機(jī)的鏡頭角度與相機(jī)主體中心軸線成15°，位于同一個(gè)平板上的兩個(gè)微型相機(jī)對(duì)稱布置。
15、上述的一種基于非接觸式三維應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的地應(yīng)力測(cè)試方法，步驟七的具體步驟為：利用空心鉆頭向前鉆進(jìn)，每隔1～2cm進(jìn)尺一次，記錄各監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)圖像，當(dāng)鉆進(jìn)測(cè)量孔40cm處，到達(dá)無dic散斑區(qū)域，圖像無明顯變化后，停止鉆進(jìn)，將解除后的巖芯取出。
16、上述的一種基于非接觸式三維應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的地應(yīng)力測(cè)試方法，步驟八中，力學(xué)參數(shù)測(cè)定步驟為：將步驟一得到的測(cè)量孔巖心加工成標(biāo)準(zhǔn)圓柱試樣，對(duì)其進(jìn)行基本力學(xué)試驗(yàn)，得到巖心的彈性模量和泊松比；根據(jù)轉(zhuǎn)換得到的應(yīng)變數(shù)據(jù)、方位角和傾角數(shù)據(jù)根據(jù)公式推導(dǎo)最大水平主應(yīng)力的大小、傾角和方位角。
17、上述的一種基于非接觸式三維應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的地應(yīng)力測(cè)試方法，所述的三角形桿件的三條邊相等，所述的相機(jī)固定器安裝在三角形桿件的側(cè)面。
18、本專利技術(shù)的另一目的在于提供一種基于非接觸式三維應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的地應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)，包括鉆進(jìn)系統(tǒng)和三維dic應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，所述的鉆進(jìn)系統(tǒng)用于鉆應(yīng)力解除孔、錐形鉆孔和測(cè)量孔，所述的錐形鉆孔位于所述的應(yīng)力解除孔和所述的測(cè)量孔的交界處。
19、所述的三維dic應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)包括dic圖像數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)、dic散斑制作器、dic圖像數(shù)據(jù)收集器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及鉆孔定向儀；所述的dic圖像數(shù)據(jù)收集器包括微型相機(jī)、玻璃罩、電源、照明光源、三角形桿件以及相機(jī)固定器，照明光源位于dic圖像數(shù)據(jù)收集器的前端，并與電源連接，相機(jī)固定器位于dic圖像數(shù)據(jù)收集器的軸本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于非接觸式三維應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的地應(yīng)力測(cè)試方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非接觸式三維應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的地應(yīng)力測(cè)試方法，其特征在于：步驟一中，應(yīng)力解除孔的孔深為10～15m，孔徑為150mm，該孔徑并作為步驟七中進(jìn)行應(yīng)力解除的孔徑大小；錐形鉆孔的錐形角度為45°；測(cè)量孔的孔徑為50mm，孔深為450mm以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非接觸式三維應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的地應(yīng)力測(cè)試方法，其特征在于：步驟一中，應(yīng)力解除孔的鉆孔步驟為：將實(shí)心鉆頭連接在鉆桿上，在實(shí)心鉆頭后方安裝巖心套筒，啟動(dòng)與鉆桿連接的電機(jī)，推動(dòng)實(shí)心鉆頭鉆進(jìn)巖壁，孔深鉆進(jìn)至10m處時(shí)停止鉆進(jìn)；錐形鉆孔的鉆孔步驟為：采用錐形磨平鉆頭，加工錐形鉆孔；測(cè)量孔的鉆孔步驟為：將空心鉆頭連接在巖心套筒上鉆進(jìn)測(cè)量孔，鉆進(jìn)50cm后將巖心取出，進(jìn)行磨平、吹干步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非接觸式三維應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的地應(yīng)力測(cè)試方法，其特征在于：步驟二中，所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)傳輸單元、供電單元和遠(yuǎn)程控制單元，在使用時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器位于應(yīng)力解除孔中；所述的數(shù)據(jù)
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非接觸式三維應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的地應(yīng)力測(cè)試方法，其特征在于：步驟三中，DIC散斑制作具體步驟為：先對(duì)兩種氣囊進(jìn)行底漆和散斑液涂抹，兩種氣囊分別為彈性橡膠平面氣囊和彈性橡膠凸點(diǎn)氣囊，先將彈性橡膠平面氣囊套在鉆桿前端支架上，送入測(cè)量孔，然后連接氣泵，彈性橡膠平面氣囊膨脹，將底漆印在測(cè)量孔的孔壁上；再將彈性橡膠凸點(diǎn)氣囊，套在鉆桿前端支架上，送入測(cè)量孔，然后連接氣泵，彈性橡膠凸點(diǎn)氣囊膨脹，將散斑印在孔壁上，再使用鉆桿將其吹干。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非接觸式三維應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的地應(yīng)力測(cè)試方法，其特征在于：步驟四中，微型相機(jī)的鏡頭角度與相機(jī)主體中心軸線成15°，位于同一個(gè)平板上的兩個(gè)微型相機(jī)對(duì)稱布置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非接觸式三維應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的地應(yīng)力測(cè)試方法，其特征在于：步驟七的具體步驟為：利用空心鉆頭向前鉆進(jìn)，每隔1～2cm進(jìn)尺一次，記錄各監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)圖像，當(dāng)鉆進(jìn)測(cè)量孔40cm處，到達(dá)無DIC散斑區(qū)域，圖像無明顯變化后，停止鉆進(jìn)，將解除后的巖芯取出。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非接觸式三維應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的地應(yīng)力測(cè)試方法，其特征在于：步驟八中，力學(xué)參數(shù)測(cè)定步驟為：將步驟一得到的測(cè)量孔巖心加工成標(biāo)準(zhǔn)圓柱試樣，對(duì)其進(jìn)行基本力學(xué)試驗(yàn)，得到巖心的彈性模量和泊松比；根據(jù)轉(zhuǎn)換得到的應(yīng)變數(shù)據(jù)、方位角和傾角數(shù)據(jù)根據(jù)公式推導(dǎo)最大水平主應(yīng)力的大小、傾角和方位角。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非接觸式三維應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的地應(yīng)力測(cè)試方法，其特征在于：所述的三角形桿件的三條邊相等，所述的相機(jī)固定器安裝在三角形桿件的側(cè)面；步驟七中，對(duì)記錄的圖像進(jìn)行處理的具體步驟為：
10.一種基于非接觸式三維應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的地應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，包括鉆進(jìn)系統(tǒng)和三維DIC應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，所述的鉆進(jìn)系統(tǒng)用于鉆應(yīng)力解除孔、錐形鉆孔和測(cè)量孔，所述的錐形鉆孔位于所述的應(yīng)力解除孔和所述的測(cè)量孔的交界處；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于非接觸式三維應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的地應(yīng)力測(cè)試方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非接觸式三維應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的地應(yīng)力測(cè)試方法，其特征在于：步驟一中，應(yīng)力解除孔的孔深為10～15m，孔徑為150mm，該孔徑并作為步驟七中進(jìn)行應(yīng)力解除的孔徑大小；錐形鉆孔的錐形角度為45°；測(cè)量孔的孔徑為50mm，孔深為450mm以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非接觸式三維應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的地應(yīng)力測(cè)試方法，其特征在于：步驟一中，應(yīng)力解除孔的鉆孔步驟為：將實(shí)心鉆頭連接在鉆桿上，在實(shí)心鉆頭后方安裝巖心套筒，啟動(dòng)與鉆桿連接的電機(jī)，推動(dòng)實(shí)心鉆頭鉆進(jìn)巖壁，孔深鉆進(jìn)至10m處時(shí)停止鉆進(jìn)；錐形鉆孔的鉆孔步驟為：采用錐形磨平鉆頭，加工錐形鉆孔；測(cè)量孔的鉆孔步驟為：將空心鉆頭連接在巖心套筒上鉆進(jìn)測(cè)量孔，鉆進(jìn)50cm后將巖心取出，進(jìn)行磨平、吹干步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非接觸式三維應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的地應(yīng)力測(cè)試方法，其特征在于：步驟二中，所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)傳輸單元、供電單元和遠(yuǎn)程控制單元，在使用時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器位于應(yīng)力解除孔中；所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元用于存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)，所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)傳輸單元通過采用藍(lán)牙傳輸功能將圖像信息傳輸至dic圖像數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)中；所述的供電單元為dic圖像數(shù)據(jù)收集器中的電源和微型相機(jī)供電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非接觸式三維應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的地應(yīng)力測(cè)試方法，其特征在于：步驟三中，dic散斑制作具體步驟為：先對(duì)兩種氣囊進(jìn)行底漆和散斑液涂抹，兩種氣囊分別為彈性橡膠平面氣囊和彈性橡膠凸點(diǎn)氣囊，先將彈性橡膠平面氣囊套在鉆桿前端支架上，送入...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馮帆，李成林，陳紹杰，王棟毅，王攀志，張銘，趙曰茂，馬俊豪，賈明志，馬宏發(fā)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：山東科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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