钻孔应变观测是把应变仪安装于钻孔下数十米至数百米的基岩中,精确记录与研究分析地层内部应力状态和变化规律的观测手段,在地壳形变与地应力场变化、地震波观测与地震预报、地球弹性与地球自由振动等地球物理研究方面发挥着无可比拟的重要作用。利用光纤传感器进行钻孔应变观测是一种独具优势的新手段,光纤传感器具有耐高温高压、抗雷击、抗电磁干扰、适于长距离传输、易于组网、更能适应于恶劣的野外监测环境等一系列优点,有望解决钻孔应变观测中广泛采用的传统电学测量仪器所存在的固有问题。本文建立了体积式钻孔应变仪通过水泥耦合在各向同性地层中的弹性力学模型,推导出了有边界条件的仪器探头封埋情况下的钻孔应变公式,介绍了钻孔应变仪的发展概况,现有各类钻孔应变仪的原理结构及其优缺点,并提出了一种新型的光纤式钻孔应变传感器,在实物加工与封装后进行了实验,验证了方案的可行性,并分析了误差成因与改进余地,最后介绍了钻孔施工与应变仪的安装步骤以及注意事项。本文提出的光纤钻孔应变仪基于光纤迈克尔逊干涉仪的原理,设计机械结构将钻孔应变转化为测量臂光纤的长度变化,参考臂光纤则用于补偿温度与环境变化的影响,通过光纤的多匝缠绕对被测量进行放大提高灵敏度,并使用本课题组自行设计的光纤白光干涉解调仪对两段光纤的长度之差进行解调,得到干涉仪腔长,进而获得钻孔应变信息。实验表明该传感器的测量精度为117nm,稳定性好,动态范围宽,灵敏度提升空间大,同时该传感器具有结构简单易安装,耐高温高压,抗电磁干扰等优点,可望满足地质科学观测与研究的需要。