液壓枕壓力傳感器的設(shè)計(jì)與計(jì)算

液壓枕要求鋪設(shè)在液壓支架背面，而且鋪設(shè)的數(shù)量較多，為此設(shè)計(jì)了壓力傳感器。如果液壓枕在使用時(shí)，若有空間位置允許，可直接按裝壓力表測讀，將可使液壓枕的結(jié)構(gòu)更簡單些。

壓力傳感器的結(jié)構(gòu)與安裝如圖3所示。壓力傳感器由圓形彈性膜片1和密封蓋2組成。傳感器安裝在連接套6內(nèi)，連接套焊接在壓力盒上。當(dāng)液壓枕承載時(shí)，液壓P升高，膜片1即產(chǎn)生形變。在膜片一側(cè)貼有電阻應(yīng)變片，由導(dǎo)線4接入電阻應(yīng)變儀測讀壓力的變化量。膜片，與密封蓋2緊密配合，用膠合劑固接。并在密封蓋引出導(dǎo)線后，用環(huán)氧樹脂密封，滿足防潮的要求。

應(yīng)用彈性膜片作為傳感器的轉(zhuǎn)換另件，是較為普遍。通常測定膜片的徑向應(yīng)變、縱向位移以及轉(zhuǎn)角變化。傳感器的工作可靠性，完全決定膜片的機(jī)械特性，需要進(jìn)行較精確計(jì)算 。2100433B

液體的流動(dòng)性和不可壓縮性成為傳遞壓力的理想介質(zhì)。通常它可以直接從壓力表上根據(jù)標(biāo)定曲線直接讀出被測的壓力值，讀數(shù)不易受外界因素的影響。液壓枕按用途分為兩類:

(1)加載液壓枕是一個(gè)扁平的鐵盒子，也稱油壓枕或扁千斤頂，用高壓油泵向液壓枕注油，而加載于被測對(duì)象。

(2)測力液壓枕又稱壓力盒。它與加載壓力枕的區(qū)別在于它有一個(gè)壓力平衡室。當(dāng)液壓枕承受外界壓力時(shí)，該壓力將推動(dòng)金屬薄膜，使之緊緊堵塞進(jìn)油口和出油口在測試時(shí)，用微型油泵向進(jìn)油管泵油，當(dāng)油壓達(dá)到被測壓力值時(shí)，金屬薄膜處于平衡狀態(tài)。此時(shí)，壓力表的讀數(shù)即為外力值 。

液壓枕的構(gòu)造如圖1所示。傳力板，直接承受頂板巖層壓力。壓力傳遞給枕體壓力盒3，并使其內(nèi)液壓逐漸升高。液壓大小通過壓力傳感器4測讀。壓力傳感器通過彈性膜片形變變化，由導(dǎo)線5接入電阻應(yīng)變儀測定。壓力盒3內(nèi)油液由灌油孔2注滿。壓力盒3由上蓋板和下蓋板壓模成型對(duì)焊而成。壓力傳感器安裝孔和灌油孔具有可靠的密封性能，正確地傳遞巖層壓力 。

液壓枕是量測壓力的一種儀器，在礦山可用來測定巷道支架，工作面支架等的承載大小。液壓枕也可以作為巖體試驗(yàn)的加壓設(shè)備。液壓枕可根據(jù)不同用途進(jìn)行設(shè)計(jì)。過去曾設(shè)計(jì)和使用過測定巷道支架載荷用的液壓枕。根據(jù)測定液壓自移支架的外載分布而設(shè)計(jì)的。結(jié)構(gòu)與其他形式的液壓枕基本相同，只是增加一個(gè)壓力傳感器。

液壓枕的結(jié)構(gòu)簡單，尺寸較小，加工容易，使用一般材料，重量較輕。其穩(wěn)定性和靈敏度能滿足礦山量測的一般要求，是適用于礦山的一種輕便的測壓儀器 。

巖體現(xiàn)場試驗(yàn)主要包括巖體變形試驗(yàn)，抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)和巖體應(yīng)力測定。

巖體變形試驗(yàn)

巖體變形試驗(yàn)包括承壓板法、狹縫法、單(雙)軸壓縮法，徑向液壓枕法及水壓法等。

①承壓板法是通過剛性或柔性承壓板，施力于半無限空間巖體表面，測量巖體變形量。

②狹縫法(又名刻槽法)是通過埋設(shè)在巖體狹縫中的液壓枕對(duì)狹縫兩側(cè)巖體施加壓力，測定巖體變形模量和研究巖體破壞前的變形特性。

③單(雙)軸壓縮法，系在試點(diǎn)四周被切開的狹槽內(nèi)，埋入液壓枕，并通過它對(duì)巖體施加壓力， 測求巖體變形。④徑向液壓枕法基本原理也是對(duì)巖體施加壓力，測定其相應(yīng)的變形量，但由于試驗(yàn)設(shè)備龐大，測試周期長，應(yīng)盡量少作。

⑤水壓法是在密閉的試驗(yàn)洞內(nèi)充水加壓，測量其洞徑的變形量，用于求取巖體的抗力系數(shù)和應(yīng)力——變形規(guī)律，是一種較為可靠的方法，但是費(fèi)用大、周期長，宜盡量少用。目前應(yīng)用最廣的是承壓板法。水壓法和徑向液壓枕法主要用于大尺寸的和重要的有壓隧洞求圍巖的徑向變形模量。此外，鉆孔膨脹儀是近20多年發(fā)展起來的，在鉆孔中測量巖體變形的儀器，它的名稱很不統(tǒng)一，通常叫鉆孔膨脹儀，也叫鉆孔壓力儀、鉆孔變形儀、或鉆孔彈性儀等。

巖體抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)

巖體抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)可分為三種：①混凝土與巖體直剪試驗(yàn)，測定混凝土與巖體接觸面的抗剪強(qiáng)度指標(biāo);②巖體與巖體的直剪試驗(yàn)，測定風(fēng)化巖體或半堅(jiān)硬巖體本身的抗剪強(qiáng)度指標(biāo);③巖體與軟弱結(jié)構(gòu)面的直剪試驗(yàn)，測定軟弱結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。近來還發(fā)展了用楔形體試件研究不同傾角夾層的抗剪試驗(yàn)方法。

巖體應(yīng)力測試

目前進(jìn)行的方法有表面應(yīng)力測試和鉆孔應(yīng)力測試。表面應(yīng)力測試是測量巖體表面或地下洞室(人工，天然)圍巖表面經(jīng)擾動(dòng)后重新分布的應(yīng)力狀態(tài)，一般采用解除法和恢復(fù)法。鉆孔應(yīng)力測試用于測定鉆孔中較深部位的巖體天然應(yīng)力狀態(tài)，可分孔底應(yīng)變測試法與孔徑應(yīng)變測試法，需用三孔交會(huì)來測巖體的全應(yīng)力場?？妆趹?yīng)變測試法只需一孔就可測得巖體的全應(yīng)力場，基本上反映巖體的初始應(yīng)力。水壓破裂法是在深孔中測量地應(yīng)力，操作較簡便，其實(shí)質(zhì)是用橡皮栓塞將欲測地應(yīng)力的一段鉆孔兩端封閉，然后用高壓泵向測段內(nèi)壓水，一直到巖石發(fā)生破裂。紀(jì)錄到的壓力與巖體初始應(yīng)力，以及破裂方向與初始應(yīng)力之間存在著基本彈性理論關(guān)系，利用這一關(guān)系估算初始應(yīng)力的大小和方向。通過巖體應(yīng)力測試，可判斷水工建筑物地區(qū)地應(yīng)力的方向和量級(jí)，為合理布置地下建筑物提供依據(jù)，判斷地下建筑物硐室圍巖的穩(wěn)定性。長期監(jiān)測地應(yīng)力也可為地震預(yù)報(bào)提供依據(jù)。但由于巖體應(yīng)力場的隨機(jī)變化很大，各種方法測定的數(shù)據(jù)可比性差， 目前尚處于研究和探索階段。

巖體的原位試驗(yàn)包括變形試驗(yàn)、強(qiáng)度試驗(yàn)和地應(yīng)力測試3個(gè)方面。在變形試驗(yàn)中,有測定巖體各種模量的承壓板法和液壓枕法，以及測定隧洞圍巖抗力系數(shù)的經(jīng)向液壓枕法和水壓法。強(qiáng)度試驗(yàn)主要為巖體的直剪和抗壓試驗(yàn)?？箟涸囼?yàn)常與承壓板法變形試驗(yàn)結(jié)合進(jìn)行。原位三軸試驗(yàn)也在探索研究中。地應(yīng)力測試可在鉆孔（孔底、孔壁和孔徑）中或巖體、地下洞室圍巖表面上進(jìn)行，直接測得巖體的應(yīng)變，再用巖體變形參數(shù)計(jì)算地應(yīng)力。

土體的原位試驗(yàn)主要包括以下項(xiàng)目：①載荷試驗(yàn)，是在試坑或鉆孔中模擬天然地基條件施加垂直荷載，觀測沉降與荷載的關(guān)系。根據(jù)荷載與沉降關(guān)系曲線確定地基土體的承載力和計(jì)算變形模量。②旁壓試驗(yàn)，是將旁壓器安置在鉆孔中，通入高壓水使旁壓器向孔壁施加水平壓力，孔壁土體發(fā)生變形，測量壓力與孔壁土體的變形，繪出壓力-變形曲線,并據(jù)以求得地基承載力。③十字板剪切試驗(yàn),是將十字板頭（由4塊矩形鋼板呈十字形焊接在軸桿上）壓入鉆孔中，等速轉(zhuǎn)動(dòng)軸桿帶動(dòng)十字板頭，根據(jù)對(duì)所施加的純扭矩與土體對(duì)十字板頭的阻抗力矩相平衡的原理，計(jì)算土體的抗剪強(qiáng)度。此種試驗(yàn)僅適用于飽水的粘性土。④觸探，是將一定形狀的特制探頭壓入或用重錘擊入鉆孔孔底，根據(jù)土體對(duì)探頭貫入的阻抗力，求得土體的某些工程地質(zhì)參數(shù)。用靜力將錐形探頭壓入土體中的為靜力觸探，由試驗(yàn)可直接測得貫入阻力以及錐頭阻力和側(cè)壁摩擦力。利用它們可以對(duì)土體分層，確定土體的承載力，或者通過經(jīng)驗(yàn)關(guān)系或估算粘性土體的壓縮變形指標(biāo)、飽水粘性土體的抗剪強(qiáng)度以及砂土的密實(shí)度等。用一定質(zhì)量的重錘將錐形探頭擊入土體中的為動(dòng)力觸探。動(dòng)力觸探以一定落矩將探頭擊入土體中一定深度所需要的錘擊數(shù)為主要指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)質(zhì)上是一種管狀探頭（常稱為標(biāo)準(zhǔn)貫入器）的動(dòng)力觸探。根據(jù)不同類型動(dòng)力觸探的錘擊數(shù)，可以確定不同類型土體的地基承載力，或者通過經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，估算粘性土和砂土的抗剪強(qiáng)度，以及粘性土的壓縮變形指標(biāo)，判斷粘性土的稠度狀態(tài)以及砂土的密實(shí)度和振動(dòng)液化的可能性。

在工程實(shí)踐中，關(guān)于試驗(yàn)的類型、項(xiàng)目、條件和方法的選定，取決于擬建建筑物的類型和規(guī)模，巖、土體的工程地質(zhì)類型，以及建筑物建成后巖、土體實(shí)際的存在條件。2100433B

包括表面承壓板法、鉆孔孔底承壓板法，水壓法，徑向液壓枕法，鉆孔徑向加壓法，狹縫法，單（雙）軸壓縮法等。所有方法的實(shí)質(zhì)都是對(duì)巖體施加一定的荷載，并測定相應(yīng)的變形，然后根據(jù)彈性理論公式計(jì)算巖體的變形參數(shù)。