[发明专利]基于光纤光栅的岩体应力位移一体化测试装置及系统

说明书

技术领域

本发明涉及测试技术领域，具体而言，涉及一种基于光纤光栅的岩体应力位移一体化测试装置及系统。

背景技术

岩石工程所赋存的地质环境复杂，大规模工程建设过程中发生的塌方、滑坡和岩爆灾害是影响工程施工安全和运行的最关键因素，工程失事常造成施工设备损坏和重大人员伤亡事故。这些灾害的发生首先反映在岩体中的位置和/或应力变化，通过位置和/或应力演化信息的现场直接获取和分析，可以有效实现灾害的预警和控制，因此，岩体的位置和应力变化测试成为岩石工程灾害研究的最重要内容之一。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于光纤光栅的岩体应力位移一体化测试装置，通过设置具有锥形体、弹片、顶针、保护腔体、连接块、第一弹簧和传力杆，并在弹片的上表面和/或下表面设置光栅的位移测试装置，以及通过设置包括光纤光栅空心包体应力计的应力测试装置，实现了位移和应力的一体化测试。

本发明的另一目的在于提供一种基于光纤光栅的岩体应力位移一体化测试系统，通过设置位移测试装置，位移测试装置包括锥形体、弹片、顶针、保护腔体、连接块、第一弹簧和传力杆，并在弹片的上表面和/或下表面设置光栅的位移测试装置，及光纤光栅空心包体应力计的应力测试装置，实现了位移和应力同时测试。

为实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：

一种基于光纤光栅的岩体应力位移一体化测试装置，包括位移测试装置和应力测试装置，所述位移测试装置与所述应力测试装置连接。

所述位移测试装置包括锥形体、弹片、顶针、保护腔体、连接块、第一弹簧、传力杆和保护管，所述锥形体通过所述连接块与所述传力杆连接，所述第一弹簧套设于所述传力杆，所述保护腔体具有限位部，所述传力杆穿过所述保护腔体且所述第一弹簧卡设于所述连接块与所述限位部之间，所述保护管套设于所述传力杆且一端与所述保护腔体连接另一端与所述连接块连接，所述保护腔体靠近所述锥形体处设置有开口，所述弹片设置于所述开口处，所述顶针设置于所述弹片与所述锥形体之间，所述弹片的上表面和/或下表面设置有光栅。

所述应力测试装置包括光纤光栅空心包体应力计，所述光纤光栅空心包体应力计通过连接件和钢架与所述传力杆相连，所述钢架连接于所述光纤光栅空心包体应力计与所述连接件的一端之间，所述连接件的另一端与所述传力杆连接。

可选的，在上述基于光纤光栅的岩体应力位移一体化测试装置中，所述限位部包括第一限位部和第二限位部，所述第一限位部和第二限位部分别设置于所述保护腔体并位于所述连接块的两侧，所述第一限位部靠近所述传力杆，所述第一弹簧设置于所述第一限位部与所述连接块之间，所述位移测试装置还包括第二弹簧，所述第二弹簧设置于所述第二限位块与所述连接块之间，所述锥形体与所述第二弹簧靠近所述第二限位块的一端连接。

可选的，在上述基于光纤光栅的岩体应力位移一体化测试装置中，所述位移测试装置还包括连接杆，所述连接杆连接于所述连接块与所述锥形体之间，所述第二弹簧套设于所述连接杆并设置于所述第二限位块与所述连接块之间。

可选的，在上述基于光纤光栅的岩体应力位移一体化测试装置中，所述锥形体包括粗端和细端，所述锥形体的细端与所述连接块连接，所述锥形体的粗端延伸至所述保护腔体外。

可选的，在上述基于光纤光栅的岩体应力位移一体化测试装置中，所述光栅为光栅片，所述弹片为金属弹片，所述光栅片贴合于所述金属弹片的上表面和下表面。

可选的，在上述基于光纤光栅的岩体应力位移一体化测试装置中，所述保护腔体靠近所述开口一端设置有保护筒，所述保护筒套设于所述保护腔体，所述保护腔体和保护筒为中空圆柱状。

可选的，在上述基于光纤光栅的岩体应力位移一体化测试装置中，所述传力杆穿过所述保护腔体，且所述传力杆的一端与所述连接块连接、另一端延伸至所述保护腔体外，所述传力杆延伸至保护腔体外的一端设置有螺纹，所述传力杆与所述连接件螺纹连接。

可选的，在上述基于光纤光栅的岩体应力位移一体化测试装置中，所述光纤光栅空心包体应力计包括空心包体、连接环和光纤，所述空心包体外表面沿轴线方向开有三条互成120°的轴向凹槽、沿径向开有多个径向凹槽，所述空心包体的外表面还开设有顺时针螺旋凹槽和逆时针螺旋凹槽，所述光纤缠绕固定在所述轴向凹槽、顺时针螺旋凹槽、逆时针螺旋凹槽和各径向凹槽内，三条所述轴向凹槽、逆时针螺旋凹槽分别与三个所述径向凹槽形成三个交点，所述光纤在三个交点的出线端方向分别刻有轴向光栅、径向光栅和斜向光栅，所述光纤的出线端分别固定于连接环。