[0001] 本发明涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种岩土测量装置及岩土测量方 法。

[0002] 岩体是一种天然地质体，作为工程结构时，岩体自身的变形和应力状态决 定了其稳定状态，在岩体工程建设中，岩体内部变形状态和应力状态的演化越 来越受到重视，成为评价岩体当前稳定状态、认识其力学状态演化过程、揭示 破坏机制的重要依据，同时也作为岩体力学反分析的重要数据基础。

[0003] 现有的岩体钻孔内应力监测技术主要为单点式监测技术，主要包括应力测 试探头、空心包体应力计等。应力测试探头是通过应变片贴在被测物体上，随 着被测物体的应变一起伸缩，里面的金属箔材随着应变伸长或缩短，电阻会随 着金属变化的变化而变化，通过测量电阻的变化而对应变进行测定。

[0038] 下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。虽然附图中显示了 本申请的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被 这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本 申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。

[0039] 根据本申请实施例的第一方面提出了一种岩土测量装置，如图1至图2所 示，包括：

[0040] 至少两个检测单元100；

[0041] 连接部200，上述检测单元100通过上述连接部200依次连接，在上述检 测单元100进行岩土检测的情况下，上述连接部200用于确定上述检测单元的 检测间距。

[0042] 示例性的，如图1所示，图中示出了两个检测单元100，每两个检测单元100 通过连接部200依次连接，检测单元100的数量可以根据被测岩土的目标检测 点位设置，多个连接部200可以长度相等，也可以根据测量需要进行针对性调 整，通过设置连接部200的长度，可以控制每两个检测单元之间200的距离， 从而可以按照检测的既定需求，测量目标测量点位岩土层的应力和/或位移信息， 通过多个目标测量点位的应力和/或位移信息获取岩土层的受力情况，用于指导 生产或科研工作。

[0043] 需要说明的是，使用上述岩土测量装置时，需要在目标测量区域钻取与本 装置适应的测量孔，测量孔的孔径要略大于本装置的最大外径，以方便岩土测 量装置放入测量孔内，待岩土测量装置的最底层检测单元100到达目标深度后， 向测量孔内注入固化剂，固化剂可以是水泥砂浆，待固化剂将岩土测量装置与 周围的岩土粘接后，便可利用上述岩土测量装置对岩土的应力和/或位移信息进 行测量。

[0044] 可以理解的是，连接部200可以是刚性材质，将检测单元100连接成固定 的形状，方便插入测量孔中；当测量孔的直径比岩土装置的最大外径很多的情 况下，连接部200也可以是柔性材料，依靠检测单元100的重力向目标深度下 沉。检测单元100测得的应力和/或位移信息可以依靠无线发射的方式发往地面 的数据接收装置，也可以通过有线的方式，在通过优先方式传输数据时，下层 的检测单元100测得的信息通过数据线逐次穿越上层的连接部200和检测单元 100传输到地面的测量装置。

[0045] 综上，本申请实施例提供的岩土测量装置，通过合理设置连接部200的长 度，将多个检测单元100连接在一起，形成一个可以多点连续测量岩土力学性 能的岩土测量装置，通过设置连接部200的长度，可以保证测量点之间的间距 符合预设的测量方案，并且本测量装置可以固化到岩土层中，可以连续监控岩 土层内的应力和/或位移，为科研与生产提供了理想的测量数据。

[0046] 在一些示例中，上述检测单元100包括：

[0047] 壳体1001，上述壳体内形成有容纳空间10011；

[0048] 应力测量组件1002，上述应变测量组件1002设置在上述壳体1001的外表 面；

[0049] 位移测量组件1003，上述位移测量组件1003设置在上述容纳空间10011。

[0050] 示例性的，如图1所示，检测单元100包括壳体1001，壳体1001内部容 纳空间10011用于放置位移测量组件1003，应力测量组件1002设置在壳体在 1001的外表面。壳体100,可以为硬质的金属材料或非金属材料，壳体1001形 状可以棱柱形，圆柱形，优选圆柱形，便于加工，并有利于固化剂顺利流入壳 体1001和测量孔之间的缝隙中。

[0051] 综上，本申请实施例提供的岩土测量装置，同时包括了应力测量组件1002 和位移测量组件，可以同时测量岩土中的应力和位移信息，结构简单方便测量。

[0052] 在一些示例中，上述壳体1001的外表面设置有螺旋状凸起部10012。

[0053] 示例性的，在壳体1001的外表面可以设置螺旋状凸起部10012，图中未示 出螺旋状凸起部，只是表示出它的设置位置。螺旋状凸起部可以是类似螺纹的 形状，通过设置螺旋状凸起部，可以方便固化剂(如：水泥砂浆)充分与壳体 和测量孔的外壁接触，能够更好地将岩土中的力传导至设置在壳体1001外表面 的应力测试组件1002上，使得测量结果更加准确。

[0054] 在一些示例中，上述应力测量组件1002至少包括两个应力测量片10021， 上述壳体1001的侧表面周向均匀分布有与上述应力测量片10021数量相等的应 变片置放空间10013，上述应力测量片放置在上述应变片置放空间10013内。

[0055] 示例性的，测量组件1022可以是由应力测量片10021，应力测量片10021 可以根据需求增加其数量，以便获得不同方向的应力信息。如图1所示壳体1001 的侧表面在周向分布着多个应变片放置空间10013，应力测试片10021安装在 应变片放置空间10013内，可以有效地避免测量组件1002在放置到测量孔中， 测量孔的侧壁与应力测量片10021进行摩擦与剐蹭对其性能和结构造成影响。 在周侧均匀分布，方便采集到的数据进行后期处理。

[0056] 在一些示例中，上述应变片置放空间10013的高度与上述壳体1001的1/2 高度的高度差小于预设高度，上述应变片放置空间10013的深度与上述应力测 量片10021的厚度的差值大于第一预设值且小于第二预设值，其中，上述第二 预设值大于上述第一预设值。

[0057] 示例性的，应变片置放空间10013的高度应该设置在壳体1001的中间位置， 即放置放空间10013的高度与壳体1001的1/2高度的高度差小于预设高度，预 设高度为可接受误差，例如可以为2mm。应变片放置空间10013的深度与上述 应力测量片10021的厚度的差值大于第一预设值且小于第二预设值，即要保证 应力测量片100021要完全嵌入应变片放置空间10013内，并不能嵌入太深，第 二预设值可设置为5mm，第一预设值可以设置为2m，通过嵌入设置可以保证 应力测试片10021安装在应变片放置空间10013内，可以有效地避免测量组件 1002在放置到测量孔中，嵌入深度不过深并且可以保证固化剂可以与应力测量 片10021充分接触，能够将岩土中的力充分传递至应力测试片10021中。

[0058] 在一些示例中，上述位移测量组件1003通过环氧树脂固定于上述容纳空间 10011。

[0059] 示例性的，上述位移测量组件1003通过环氧树脂固定于上述容纳空间10011，环氧树脂可以有效吸收振动，能够有效地缓冲外部应力对于内部测量部 件的冲击。

[0060] 在一些示例中，至少部分上述连接部200为挠性结构。

[0061] 示例性的，部分的连接部200可以设置为挠性结构，当测量孔某段有一定 的弯曲度的情况下，可以将该位置对应的连接部200设置为挠性结构，挠性结 构会凭借外力的促使下，改变其原有的形状以适应测量孔的曲度，从而有效地 克服刚性结构不能转弯及柔性结构不能有效通过重力下沉的缺点，能够有效地 保证测量单元100仍然能够按照预设的间隔在测量孔中分布，从而保证测量位 置的准确性，使得测量结果与岩土中真实的受力情况更加贴近。

[0062] 在一些示例中，上述位移测量组件1003包括三轴加速度计10031、陀螺仪 10032、磁力计10033和控制单元10034，上述控制单元10034用于控制上述三 轴加速度计10031、上述陀螺仪10032和上述磁力计测10033量岩土位移。

[0063] 示例性的，如图2所示，三轴加速度计10031、陀螺仪10032032、磁力计10033 分别与控制单元10034连接，控制单元10034包括单片机100341、电源 100342、存储器100343、复位电路100344和时钟电路100345。单片机100341 连接设置电源100342、存储器100343、复位电路100344和时钟电路100345， 电源100342和时钟电路100345相连接，存储器100343用于记录储存三轴加速 度计10031、陀螺仪10032、磁力计10033采集的数据。采集的数据是：加速度、 角速度、时间、方位角等，通过存储器100343将采集的数据和时间进行存储， 利用单片机100341从存储器100343中提取数据进行积分来求解位移数值，然 后将求解的位移数值保存在存储器100343中。单片机100341用于控制三轴加 速度计10031、陀螺仪10032、磁力计10033对目标进行信号采集，三轴加速度 计10031为信号元件之一，用于采集被测物体加速度随时间的变化过程；陀螺 仪10032和磁力计10033也都是信号元件之一，分别用于采集被测物体的平面 方位角和感受地磁向量以解算出模块与北的夹角。电源100342即保障系统在供 电情况下的运行，又具有UPS功能，在断电的情况下仍然可以继续维持系统工 作；复位电路100344和时钟电路100345也是直接与单片机连接的单元，对复 位电路100344和时钟电路100345不做特别的限定。

[0064] 根据本申请实施例的第二方面提出了一种岩土测量方法，如图3所示，用 于如上述第一方面中任一项提出的岩土测量装置，包括：

[0065] S110、在目标区域钻取岩土测量孔；

[0066] 示例性的，在需要测量的目标区域钻取岩土测量孔，岩土测量孔的孔径要 大于岩土测量装置的最大外径，以方便岩土测量装置放入测量孔中，测量孔的 深度根据需要测量的目标深度确定。

[0067] S120、将上述岩土测量装置放入上述岩土测量孔内；

[0068] 示例性的，在连接部200是刚性材质的情况下，将检测单元100连接成固 定的形状，方便插入测量孔中在岩土测量装置连接部200是柔性材料的情况下， 依靠检测单元100的重力向目标深度下沉。如果部分的测量孔为有弯度的测量 孔，相应的连接部要设置为挠性材料的连接部。

[0069] S130、用水泥砂浆将上述岩土测量装置与上述岩土测量孔固化连接，采用 上述岩土测量装置测量上述目标区域的岩土的应力位移。

[0070] 示例性的，待岩土测量装置到达预定蛇毒后，向测量孔中注入水泥砂浆， 以填补岩土测量装置与测量孔之间的缝隙，待水泥砂浆固化后，便可开始利用 岩土测量装置测目标区域内的岩土的应力和位移信息。

[0071] 综上，通过本实施例提供的方法，利用第一方面提供岩土测量装置，通过 合理设置连接部的长度，将多个检测单元连接在一起，形成一个可以多点连续 测量岩土力学性能的岩土测量装置，通过设置连接部的长度，可以保证测量点 之间的间距符合预设的测量方案，并且本测量装置可以固化到岩土层中，可以 连续监控岩土层内的应力和/或位移，为科研与生产提供了理想的测量数据。

[0072] 在一些示例中，上述将上述岩土测量装置放入上述岩土测量孔内之前，上 述方法还包括：

[0073] 获取上述目标区域岩土材质性能；

[0074] 根据上述岩土材质性能调节连接部长度；

[0075] 根据上述岩土测量孔的深度和上述连接部长度确定上述检测单元的数量。

[0076] 示例性的，不同的岩土层材质性能不同，需要测量的目标深度不同，需要 的测量点的间隔也不同，针对不同的岩土材质性能，调节连接部的长度，并根 据测量孔的深度和连接部的长度确定检测单元的数量。

[0077] 在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理 解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确 的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如， “连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是 直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言， 可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0078] 本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后” 等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描 述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方 向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

[0079] 在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例” 等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于 本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述 不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特 点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0080] 以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的 技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。