2010-地压监测技术1.PDF

矿山地压监测技术浅谈 ——光弹性应力计 矿山地压监测技术浅谈 ——光弹性应力计 1.前言 2.光弹性应力计的基本构造与测量原理 3.光弹性应力计的测孔布置与安装 4.光弹性应力计的观测与记录 5.结语 1.前言 矿山地压的定义：岩体因受开挖扰动而 产生的力学效应。 表现形式：散体地压、变形地压、冲击 地压、膨胀地压。 1.前言 地压监测的主要内容：矿山支护体、充 填体和围岩的受力状态、变形移动、破裂 及声响等。 地压监测常规方法：机械法、电测法、 声测法、光测法。 2.光弹性应力计基本构造与测量原理 作为光测弹性力学的一种应力分析手段的光弹性 应力计（简称光应力计）是监测矿岩体应力变化的 一种简便实用的方法，它是一种测量应力的刚性包 体应力计，该方法由M.M.Frocht提出，后经平松良 雄、Barron、Roberts及Dhir等人的努力，使其在理 论和实践上得到进一步发展。实际应用中，光弹应 力计可作为围岩应力的一种转换器，能显示出明显 的应力条纹（等差线图），用光弹仪进行观测。 2.光弹性应力计基本构造与测量原理 光应力计一般多用玻璃制成，它是1个带中心 孔的短圆柱体，用普通玻璃制成的光应力计具有价 格低廉、刚性大、灵敏度稳定等优点。R-50型光 应力计是目前国内普遍推广使用的一种应力计，其 主要传感元件是玻璃测片，测片是一个带轴向中心 圆孔的扁圆柱体，其外径D为50mm，内径（中心 圆孔）d为10mm，厚度为20mm 。在测片的一面 镀上反射层，其后粘一厚2mm 的玻璃片，用于保 护反射层，为了便于安装，在玻璃片后粘结一木锥 陀，光应力计组装结构如图1所示。 2.光弹性应力计基本构造与测量原理 （a ）光应力计组装结构示意图 （b）加工好的光应力计 图1 光应力计组装结构 2.光弹性应力计基本构造与测量原理 光应力计是一个具有双折射特性的带有 轴向圆孔的弹性玻璃圆柱体，将它埋设到 岩体钻孔内，若不计水泥砂浆胶结层的厚 度，则可视为无限大岩石平板中嵌入一个 同心圆环的平面应力问题.如下图2所示 A 、B-条纹图对称轴与中心圆孔交点 图2 光应力计受力示意图 2.光弹性应力计基本构造与测量原理 应用弹性力学公式，可以得出应力计中 A 、B两点的最大剪应力与岩体次主应力p 、 q之间如下关系式： 式中，K1、K2为两个与岩体及应力计有关的 系数。令： 2.光弹性应力计基本构造与测量原理 则K1、K2的表达式为： 2.光弹性应力计基本构造与测量原理 式中：E、E1分别为岩体与玻璃测片的 弹性模量，µ、µ1分别为岩体与玻璃测片的 泊松比，R为光应力计内外径比值（D/d）。 根据光测弹性力学中的应力光学定律， 光应力计中任一点的最大剪应力与该点应 力干涉条纹（等差线）的级数之间的关系 为： 2.光弹性应力计基本构造与测量原理 式中：F、f、f1分别称为应力计的光学 条纹值、材料条纹值和剪应力条纹值，n为 条纹级数，t为光应力计厚度。 将观测的光应力计上A 、B两点条纹值nA 、 nB或将观测确定的q/p值及（1-1）、（1-2 ） 式代入（1-6 ），整理后得岩体应力值： 2.光弹性应力计基本构造与测量原理 式中：i=p/q，当q为垂直应力时，i相当于侧 压力系数。（1-7 ）~ （1-9 ）式应尽量同时 使用，互为验证并进一步校核i值。 3.光弹性应力计的测孔布置与安装 测孔布置总的原则是布置测点的