CJS-1型钻孔三向应变计及其应用

3.4.1.1　观测值方程组

CJS-1型钻孔三向应变计，是钻孔孔壁应变测量法的一种测量设备（应变丛直接粘贴在钻孔岩壁上）。CJS-1型钻孔三向应变计布设了3个应变丛（即s=3），它们的极角为θi=0°，90°，225°，每个应变丛布置4个应变片（即t=4），它们的倾斜角为φj=0°，45°，90°，120°，如图3-8所示。这种钻孔三向应变计一次测量可获得12个观测值方程，它们的应力系数Ak1，Ak2…Ak6根据式（3-12）列于表3-7。

图3-8　CJS-1型钻孔三向应变计应变片布置形式

3.4.1.2　应变计的结构

CJS-1型钻孔三向应变计的外形尺寸为127mm×480mm，重约1kg，量测范围0～±3 000με，测量精度1με，灵敏度（二次仪表分辨能力）1με，测量钻孔孔径46mm，套钻钻孔孔径130mm，适合于勘探平洞中水平向（略上倾）的无水钻孔的测量，最大测量深度约15m。

CJS-1型钻孔三向应变计主要由应变计探头和安装器两部分组成。应变计探头前端为橡皮岔，它上面预先粘贴了感应元件——电阻丝应变丛，后端为封孔的橡皮塞，中间为装有温度补偿室的金属壳把它们连接起来，使其形成一个整体，如图3-9（a）所示。安装器由两个装置了控制开关的圆盒组成，由中心杆把它们连接起来，如图3-9（b）所示。

CJS-1型钻孔三向应变计的结构分析：

（1）测量系统。应变计的感应元件为3个四分量电阻丝应变丛。应变片的引线通过直径为0.25mm漆包线顺序焊接在16芯插头上，再插入金属壳体前端插座上（两者通过金属壳体外面的丝扣旋紧）。温度补偿采用每一应变丛各自补偿的办法，共设3个补偿片。所有引线按顺序焊接在19芯测量电缆（各自屏蔽）上，最后接入电阻应变仪。

（2）安装系统。安装系统除了安装器外，还有大小匹配的两种安装杆和推杆、封头。内安装杆外径比外安装杆内径略小。安装时推杆和内安装杆相接，一起插入外安装杆内，推杆推动楔块，使橡皮岔张开，抽出推杆后，橡皮塞上的小孔用封头封闭。

（3）控制系统。应变计的控制开关共有3个，两个是应变计安装时用的，它们是控制应变计到位的接触开关和控制应变丛角度的水银开关，装置在安装器前端的圆盒上。第三个控制开关是在测量过程中用的，是对被解除的岩心是否中途断裂的监视开关，安设在应变计探头的补偿室内。3个控制开关都是通过导线连接在钻孔外面的指示灯盒上。

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图3-9　CJS-1型钻孔三向应变计

（a）应变计探头结构示意图
1-导向块 2-橡皮岔 3-16 芯插头与插座 4-金属壳5-橡皮塞 6-电缆线 7-楔头 8-补偿室
（b）安装器结构示意图
1-接触开关 2-水银开关 3-导线 4-定向岔5-外安装杆 6-内安装杆 7-中心推杆

3.4.1.3　测量程序

1）钻孔

用ø130mm金刚石钻头钻进到预测深度，卡断岩心，磨平孔底岩面。在孔底中心钻一个便于导正的喇叭口或浅小孔，然后用ø46mm金刚石钻头从ø130mm钻孔孔底同心钻进40～50mm。钻孔方向为上倾3°～5°的水平孔。如图3-10（a）。

2）测孔岩壁处理

测量钻孔钻探完毕后，检查从ø46mm钻孔中取出的小岩心，若岩心不符合测量要求，则应用ø130mm金刚石钻头套钻，重复第一步工作；若岩心较完整，无大的节理裂隙面符合测量要求，则用水冲洗，并用丙酮洗净测孔岩壁和孔口岩面，然后用烘烤器进行烘烤，除去测孔岩壁表层的潮气。如图3-10（b）。

图3-10　CJS-1型钻孔三向应变计测量程序框图

3）安装

先在测孔岩壁上涂一层粘结剂，作为底胶，然后将涂有粘结剂的应变计探头，借助安装器准确无误地插入测孔内，向前推动内安装杆，楔块前滑，使橡皮三岔张开紧贴岩壁，把3个应变丛牢固地粘贴在测孔岩壁上。从外安装杆抽出推杆、内安装杆，最后封闭橡皮塞上的小孔，使探头全部密封在测孔中。如图3-10（c）。

4）解除与测试

待粘结剂完全固化后取出安装器，记录应变计安装角和深度、钻孔的倾角和方位角。将测量电缆穿过钻具、钻杆等引出，并接入仪器进行预调，然后冲水，待仪器读数稳定后再钻进。用ø130mm金刚石钻头套钻解除，解除深度分10，15，20，22，24，26，28，30，35，40cm 10级，测读解除应变全过程曲线。如图3-10（d）。