基于数字化CSIRO双温补偿方法的岩体扰动应力长期监测系统的研发与应用

摘要

围岩应力扰动是引起工程失稳、破坏的直接因素,目前针对应力扰动的获取尚无有效手段和技术.随着深部岩体力学与开采理论研究的发展,对扰动应力监测成为深地课题需要研究的重要内容.本文利用空心包体地应力测量基本理论,提出双温度补偿技术,研发岩体扰动应力长期监测系统,并在工程现场实现对岩体扰动应力的实时监测.针对长期监测中环境温度影响过大、供电不稳、采集通道调平范围小等不足,研发了断电续采型数字化采集电路.基于空心包体地应力测量基本理论和完全温度补偿技术原理,提出采集电路的双温度补偿方法,并用该方法对采集电路进行室内标定.考虑应力监测环境特点,设计了岩体近开挖面测点应变片布片方案,并基于地应力测量原理推导了测量应变与应力的关系公式.断电续采型数字化采集电路的研发,实现了调平通道大范围量程的原位同步温度监测,克服了常规采集电路供电不稳造成的监测数据无法接续的问题,室内试验测定断电20 d数据连续性满足测量精度要求.根据室内标定数据,双温度补偿方法有效地剔除温度变化对监测系统监测精度的影响,并针对岩体边坡和地下硐室两种不同工程环境设计研发出相应的岩体扰动应力长期监测系统.现场应用显示,岩体扰动应力长期监测系统充分体现了断电续采和双温度补偿方法的优势,通过应变与应力关系式计算得出的结果显示,系统能对岩体扰动应力实现有效的监测.