CJS-1型钻孔三向应变计与CSIR型钻孔三向应变计的比较

CJS-1型钻孔三向应变计是在黎曼的CSIR型钻孔三向应变计的基础上发展起来的，后者1987年已列入国际岩石力学学会颁布的确定岩石应力的建议方法，其结构如图3-21。CJS-1型钻孔三向应变计比CSIR型钻孔三向应变计作了许多重大改进，使之更为合理、完善，主要有以下几项（为了便于叙述，以下分别简称为CJS-1型和CSIR型）。

图3-21　CSIR型钻孔三向应变计结构示意图

1-前盖 2-插在主架上的温度补偿片 3-用来粘贴温度补偿片的岩片4-应变丛插头导孔 5-主架 6-有3个插头的应变丛 7-电器插头 8-后盖

1）四分量应变丛的布置

两种应变计都是采用4片电阻丝应变片组成的应变丛，粘贴在测孔岩壁的3个方向上，如图3-22所示。但应变丛中第4应变片的倾斜方向两者有所不同，CJS-1型布置在120°方向上，这样当某主应力方向与孔轴一致时，避免了与45°方向的应变片建立的观测值方程的对称性，有利于资料整理的数理统计。而且3个应变丛的布置，CJS-1型也不像CSIR型那样等间隔布置（相夹120°），在勘探平洞水平钻孔中，CJS-1型的布置形式处于与受力方向相接近的最灵敏的位置。

图3-22　CJS-1型和CSIR型应变计的四分量应变丛布置的比较

（a）CSIR型 （b）CJS-1型

2）电阻丝应变片的温度补偿(www.xing528.com)

CSIR型的补偿片安装在尼龙探头之内，与受感应变片较靠近，有利于温度补偿，但其终读数要将岩心取出后才能测定，而当孔内外环境温度骤然改变时，仍不能起到温度补偿的效果；而CJS-1型是用3片补偿片对3个应变丛分别补偿，虽然补偿室与受感应变片相隔10cm左右，但应变计安装后，它们都在测孔中处于全封闭状态，这比CSIR型更有利于温度补偿。另外，CJS-1型在补偿室还设置了不受岩体应力作用的检测片，监视测孔内温度的变化和测量仪器的飘移。

3）测孔岩壁上应变丛的粘贴

CSIR型是通过安装工具将应变丛送到“应变丛插头导孔”（图3-21）定位之后，利用气体推压将应变丛粘贴在岩壁上；而CJS-1型采用人工操纵安装杆，通过推杆推动楔块使橡皮岔张开将应变丛粘贴在岩壁上（图3-10），所以只需控制小安装杆在大安装杆的滑动距离，就可测知橡皮岔的径向张开度和在应变丛上施加的压力，判断应变丛在岩壁粘贴的情况，也不用气压所需的整套设备。

4）测孔的口径

CSIR型的测孔直径为38mm，套钻孔直径为86mm，套钻孔深度为45cm；而CJS-1型的测孔直径为46mm，套钻孔直径为130mm，套钻孔深度为35～40cm。测孔越大，电阻丝应变片的工作条件越好，应变片粘贴部位的偏差相应也越小，也即由粘贴位置的偏差引起的测量误差越小，因此测量精度也越高。但是测孔增大，套钻孔也相应增大，从而增大钻孔的工作量，也即增加了测量的费用和周期。如何选择适当的测孔口径，CJS-1型曾研究过直径为28，36，56，76mm和110mm等6种国内通用的金刚石钻孔中应变片粘贴位置的偏差所产生的测量误差。图3-23显示了不同测孔直径位于极角为θ=0°，90°基长为5mm的切向应变片两端的应变差及其变化梯度。由图3-23可见，从孔径28mm到110mm，切向应变两端应变差的变化由急转缓，而孔径46mm比36mm的应变差可减少53.85με，相应的变化梯度则降低27%。由于应变片位置的偏差，从切向应变片偏差半个基长时对其应力分量所产生的误差比较结果来分析，孔径46mm比36mm可减少误差30%左右。综合其利弊，CJS-1型选用测孔直径为46mm。

图3-23　测孔直径与切向应变片两端的应变差（梯度）的关系

Δεθ——切向应变片两端的应变差值（×10-6）
I——两端应变差的变化梯度（×10-6／mm）

5）测读解除应变全过程变化

CJS-1型比CSIR型最突出的改进是，能在套钻解除中测得解除应变随解除深度变化的全过程曲线。CSIR型只能在孔中测读初始读数，而套钻解除过程中应变变化却无法测读，终读数则要在解除结束后，将含有应变计探头的岩心取出之后才能测读。因此无法判断解除过程中出现的情况，无法确定观测值选用的合理性，而且初读数和终读数的测试条件、周围环境不同，都会直接影响测量成果的可靠性。CJS-1型改进了内部结构，采取一系列能测读解除应变全过程的措施，尤其在补偿室装置了岩心中途断裂的监视开关，这就避免了万一岩心中途断裂后，岩心随钻头转动而使量测电缆被绞所引起的损坏。