地應(yīng)力解除法地應(yīng)力測(cè)量原理及技術(shù)之空心包體應(yīng)力計(jì)結(jié)構(gòu)
空心包體地應(yīng)力測(cè)量所使用的應(yīng)力計(jì)于1976 年由澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究院（CSIRO）首先研制，簡(jiǎn)記為（CSIRO）型空心包體。KX-2002型空心包體三軸地應(yīng)力計(jì)是一種利用孔壁應(yīng)變解除法進(jìn)行地應(yīng)力測(cè)量的儀器。它可以在單孔中通過(guò)一次套心得到該點(diǎn)的三維應(yīng)力狀態(tài)，使用方便，安裝操作簡(jiǎn)單，成本低，效率高。如圖 2所示。其主體是一個(gè)用環(huán)氧樹脂制成的壁厚 3mm 的空心圓筒，其外徑為 36mm，內(nèi)徑為 30mm。在其中間部位，即直徑 35mm 處沿同一圓周等間距（120。）嵌埋著三組電阻應(yīng)變花。每組應(yīng)變花由四支應(yīng)變片組成，相互間隔 45。
圖1 應(yīng)變花位置分布（A、B、C 為三組應(yīng)變片）
圖2 KX-2002 型空心包體地應(yīng)力計(jì)
如圖3 所示，環(huán)氧樹脂圓筒有一個(gè)內(nèi)腔，用來(lái)裝粘結(jié)劑，另有一個(gè)環(huán)氧樹脂柱塞。使用時(shí)，將圓筒內(nèi)腔 8 裝滿粘結(jié)劑，然后將柱塞 11 插入內(nèi)腔約 1.5cm深處，用固定銷 9 將其固定，柱塞的另一端有一導(dǎo)向定位頭 15，以便應(yīng)力計(jì)順利安裝在小孔中所要的位置上。將應(yīng)力計(jì)送入鉆孔中預(yù)定位置后，用力推動(dòng)安裝桿 1，可使固定銷切斷，繼續(xù)推進(jìn)可使粘結(jié)劑經(jīng)柱塞小孔 13 流出，進(jìn)入應(yīng)力計(jì)和小孔孔壁之間的空隙里，待膠結(jié)劑固化后，應(yīng)變計(jì)即和孔壁牢固地膠結(jié)在一起，該空心包體應(yīng)力計(jì)通過(guò)單孔就可以比較準(zhǔn)確地測(cè)定一點(diǎn)的三維原巖應(yīng)力狀態(tài)。
圖3 KX-2002 型空心包體地應(yīng)力計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖
這種以環(huán)氧樹脂為基質(zhì)的空心包體應(yīng)變計(jì)的突出優(yōu)點(diǎn)是安裝簡(jiǎn)便迅速，且成功率和可靠性高。應(yīng)變計(jì)和孔壁在相當(dāng)大的一個(gè)面積上膠結(jié)在一起，因此膠結(jié)質(zhì)量好，而且膠結(jié)劑還可以注入應(yīng)變計(jì)周圍巖體中的裂隙、缺陷，使巖石整體化，且有較好的防水性能。因此，空心包體應(yīng)力計(jì)已成為廣泛采用的一種地應(yīng)力測(cè)量傳感器。
