液压枕压力传感器的设计与计算

液压枕要求铺设在液压支架背面，而且铺设的数量较多，为此设计了压力传感器。如果液压枕在使用时，若有空间位置允许，可直接按装压力表测读，将可使液压枕的结构更简单些。

压力传感器的结构与安装如图3所示。压力传感器由圆形弹性膜片1和密封盖2组成。传感器安装在连接套6内，连接套焊接在压力盒上。当液压枕承载时，液压P升高，膜片1即产生形变。在膜片一侧贴有电阻应变片，由导线4接入电阻应变仪测读压力的变化量。膜片，与密封盖2紧密配合，用胶合剂固接。并在密封盖引出导线后，用环氧树脂密封，满足防潮的要求。

应用弹性膜片作为传感器的转换另件，是较为普遍。通常测定膜片的径向应变、纵向位移以及转角变化。传感器的工作可靠性，完全决定膜片的机械特性，需要进行较精确计算 。2100433B

液体的流动性和不可压缩性成为传递压力的理想介质。通常它可以直接从压力表上根据标定曲线直接读出被测的压力值，读数不易受外界因素的影响。液压枕按用途分为两类:

(1)加载液压枕是一个扁平的铁盒子，也称油压枕或扁千斤顶，用高压油泵向液压枕注油，而加载于被测对象。

(2)测力液压枕又称压力盒。它与加载压力枕的区别在于它有一个压力平衡室。当液压枕承受外界压力时，该压力将推动金属薄膜，使之紧紧堵塞进油口和出油口在测试时，用微型油泵向进油管泵油，当油压达到被测压力值时，金属薄膜处于平衡状态。此时，压力表的读数即为外力值 。

液压枕的构造如图1所示。传力板，直接承受顶板岩层压力。压力传递给枕体压力盒3，并使其内液压逐渐升高。液压大小通过压力传感器4测读。压力传感器通过弹性膜片形变变化，由导线5接入电阻应变仪测定。压力盒3内油液由灌油孔2注满。压力盒3由上盖板和下盖板压模成型对焊而成。压力传感器安装孔和灌油孔具有可靠的密封性能，正确地传递岩层压力 。

液压枕是量测压力的一种仪器，在矿山可用来测定巷道支架，工作面支架等的承载大小。液压枕也可以作为岩体试验的加压设备。液压枕可根据不同用途进行设计。过去曾设计和使用过测定巷道支架载荷用的液压枕。根据测定液压自移支架的外载分布而设计的。结构与其他形式的液压枕基本相同，只是增加一个压力传感器。

液压枕的结构简单，尺寸较小，加工容易，使用一般材料，重量较轻。其稳定性和灵敏度能满足矿山量测的一般要求，是适用于矿山的一种轻便的测压仪器 。

岩体现场试验主要包括岩体变形试验，抗剪强度试验和岩体应力测定。

岩体变形试验

岩体变形试验包括承压板法、狭缝法、单(双)轴压缩法，径向液压枕法及水压法等。

①承压板法是通过刚性或柔性承压板，施力于半无限空间岩体表面，测量岩体变形量。

②狭缝法(又名刻槽法)是通过埋设在岩体狭缝中的液压枕对狭缝两侧岩体施加压力，测定岩体变形模量和研究岩体破坏前的变形特性。

③单(双)轴压缩法，系在试点四周被切开的狭槽内，埋入液压枕，并通过它对岩体施加压力， 测求岩体变形。④径向液压枕法基本原理也是对岩体施加压力，测定其相应的变形量，但由于试验设备庞大，测试周期长，应尽量少作。

⑤水压法是在密闭的试验洞内充水加压，测量其洞径的变形量，用于求取岩体的抗力系数和应力——变形规律，是一种较为可靠的方法，但是费用大、周期长，宜尽量少用。目前应用最广的是承压板法。水压法和径向液压枕法主要用于大尺寸的和重要的有压隧洞求围岩的径向变形模量。此外，钻孔膨胀仪是近20多年发展起来的，在钻孔中测量岩体变形的仪器，它的名称很不统一，通常叫钻孔膨胀仪，也叫钻孔压力仪、钻孔变形仪、或钻孔弹性仪等。

岩体抗剪强度试验

岩体抗剪强度试验可分为三种：①混凝土与岩体直剪试验，测定混凝土与岩体接触面的抗剪强度指标;②岩体与岩体的直剪试验，测定风化岩体或半坚硬岩体本身的抗剪强度指标;③岩体与软弱结构面的直剪试验，测定软弱结构面的抗剪强度指标。近来还发展了用楔形体试件研究不同倾角夹层的抗剪试验方法。

岩体应力测试

目前进行的方法有表面应力测试和钻孔应力测试。表面应力测试是测量岩体表面或地下洞室(人工，天然)围岩表面经扰动后重新分布的应力状态，一般采用解除法和恢复法。钻孔应力测试用于测定钻孔中较深部位的岩体天然应力状态，可分孔底应变测试法与孔径应变测试法，需用三孔交会来测岩体的全应力场。孔壁应变测试法只需一孔就可测得岩体的全应力场，基本上反映岩体的初始应力。水压破裂法是在深孔中测量地应力，操作较简便，其实质是用橡皮栓塞将欲测地应力的一段钻孔两端封闭，然后用高压泵向测段内压水，一直到岩石发生破裂。纪录到的压力与岩体初始应力，以及破裂方向与初始应力之间存在着基本弹性理论关系，利用这一关系估算初始应力的大小和方向。通过岩体应力测试，可判断水工建筑物地区地应力的方向和量级，为合理布置地下建筑物提供依据，判断地下建筑物硐室围岩的稳定性。长期监测地应力也可为地震预报提供依据。但由于岩体应力场的随机变化很大，各种方法测定的数据可比性差， 目前尚处于研究和探索阶段。

岩体的原位试验包括变形试验、强度试验和地应力测试3个方面。在变形试验中,有测定岩体各种模量的承压板法和液压枕法，以及测定隧洞围岩抗力系数的经向液压枕法和水压法。强度试验主要为岩体的直剪和抗压试验。抗压试验常与承压板法变形试验结合进行。原位三轴试验也在探索研究中。地应力测试可在钻孔（孔底、孔壁和孔径）中或岩体、地下洞室围岩表面上进行，直接测得岩体的应变，再用岩体变形参数计算地应力。

土体的原位试验主要包括以下项目：①载荷试验，是在试坑或钻孔中模拟天然地基条件施加垂直荷载，观测沉降与荷载的关系。根据荷载与沉降关系曲线确定地基土体的承载力和计算变形模量。②旁压试验，是将旁压器安置在钻孔中，通入高压水使旁压器向孔壁施加水平压力，孔壁土体发生变形，测量压力与孔壁土体的变形，绘出压力-变形曲线,并据以求得地基承载力。③十字板剪切试验,是将十字板头（由4块矩形钢板呈十字形焊接在轴杆上）压入钻孔中，等速转动轴杆带动十字板头，根据对所施加的纯扭矩与土体对十字板头的阻抗力矩相平衡的原理，计算土体的抗剪强度。此种试验仅适用于饱水的粘性土。④触探，是将一定形状的特制探头压入或用重锤击入钻孔孔底，根据土体对探头贯入的阻抗力，求得土体的某些工程地质参数。用静力将锥形探头压入土体中的为静力触探，由试验可直接测得贯入阻力以及锥头阻力和侧壁摩擦力。利用它们可以对土体分层，确定土体的承载力，或者通过经验关系或估算粘性土体的压缩变形指标、饱水粘性土体的抗剪强度以及砂土的密实度等。用一定质量的重锤将锥形探头击入土体中的为动力触探。动力触探以一定落矩将探头击入土体中一定深度所需要的锤击数为主要指标。标准贯入试验实质上是一种管状探头（常称为标准贯入器）的动力触探。根据不同类型动力触探的锤击数，可以确定不同类型土体的地基承载力，或者通过经验关系，估算粘性土和砂土的抗剪强度，以及粘性土的压缩变形指标，判断粘性土的稠度状态以及砂土的密实度和振动液化的可能性。

在工程实践中，关于试验的类型、项目、条件和方法的选定，取决于拟建建筑物的类型和规模，岩、土体的工程地质类型，以及建筑物建成后岩、土体实际的存在条件。2100433B

包括表面承压板法、钻孔孔底承压板法，水压法，径向液压枕法，钻孔径向加压法，狭缝法，单（双）轴压缩法等。所有方法的实质都是对岩体施加一定的荷载，并测定相应的变形，然后根据弹性理论公式计算岩体的变形参数。