专利名称：岩体破坏特性与地应力参数测量的钻孔横向贯入装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种岩体现场原位测试及地应力测试技术领域，更具体涉及一种 岩体破坏特性与地应力参数测量的钻孔横向贯入装置，适用于岩石的现场原位试验，其利 用普通的工程钻孔，将探头放入钻孔的任意深度，通过该装置获得地应力参数和岩体破坏 参数。
背景技术：
岩体力学参数的确定是判断岩体工程是否满足正常使用功能的前提和基础，也是 指导工程设计和安全施工的重要依据。试验研究是确定岩体力学参数最直接的方法。其包 括现场原位试验和室内试验。由于岩体中岩性、结构面的存在，岩体结构尺寸效应的影响， 以及水、风化等外营力的作用，现场岩块取样及试验选点离散性大，使得岩体的力学行为与 室内岩石试块所表现的力学行为之间存在着很大的差异，导致岩体试验参数存在较大的随 机性及不确定性，而用原位试验确定岩体力学参数，能较好地反映岩体的自然特性。岩体地应力参数是地壳地层力学状态最基础的原始数据，是确定工程岩体力学属 性，进行围岩稳定性分析、岩土工程开挖设计和决策所必须的原始资料，它对于各类岩土工 程的稳定性评价特别是洞室稳定性评价至关重要。目前岩体的原位试验有在现场直接接触岩石，对岩石施加压力来获得变形参数 的，包括开挖勘探平洞、竖井进行试验、钻孔Goodman千斤顶试验等，但由于受其成本过高 和工期较长的影响，若非大型重要工程，很多工程对应的试验安排就较少或没有，而钻孔 Goodman千斤顶主要获取岩体破坏前参数(即变形参数)，无法得到岩体破坏参数；另一种 则为间接测量，包括岩石声波测试、钻孔摄像等，虽然可以深入岩体不同部位进行试验，但 由于其不能对岩石直接施压，造成岩石变形或破坏，而是通过间接分析计算来获得岩体参 数，带来较大的人为分析误差。地应力的测量，就世界范围而言，目前主要的测量方法有数十种之多。最具代表 性、比较成熟的五种方法由国际岩石力学学会试验方法委员会确定的岩石应力的建议方 法，委员会于1987年通过规范规定为《岩石应力测定的建议方法》。它们是扁平千斤顶法、 孔径变形法、水压致裂法、孔壁应变法和空心包体应变法。但由于这些方法的成本都较高、 试验周期较长、试验过程繁琐，使得许多工程都无法采用以上这些测试方法，导致很多工程 缺乏足够的实测地应力资料。
发明内容本实用新型的目的是在于提供了一种岩体破坏特性与地应力参数测量的钻孔横 向贯入装置，该装置可以在现场进行原位岩石力学试验，且使用方便，成本低，精确、快捷， 它可以利用较普遍的工程钻孔，突破Goodman千斤顶的受力面积限制，使被测岩体达到破 坏，从而测出不同深度与风化带岩体的强度与变形参数，以及岩体的地应力参数。为了实现上述的目的，本实用新型采用以下技术措施
3[0008]本套装置共有五部分组成，包括探头、油压泵、传感器、油压控制系统、电源。利用 工程钻孔，将仪器的探头放入钻孔的任意深度，通过油压泵的加压，使垫板上的多个不同曲 率的锥头向外运动，承压板对孔壁施压，提供反力，由于锥头通过槽中的数据线连接数字位 移传感器，可以使压力和位移数据在接收器上显示出来，直接获得锥头位移与压力关系曲 线，通过分析可得到岩体的变形和破坏参数，以及地应力参数。最后通过回压孔回油卸载。一种岩体破坏特性与地应力参数测量的钻孔横向贯入装置，它包括腔体、锥头、垫 板、回压垫、活舌、加压孔、承压板、布线槽、回压孔、数字位移传感器；其特征在于腔体为 中空的开口圆柱体，在腔体中留有加压孔、回压孔和布线槽，通过回压垫将活舌固定在腔体 中，连接处用橡胶圈进行密封，活舌与腔体形成密封空间，数字位移传感器固定在腔体中， 利用螺丝将垫板固定在活舌和数字位移传感器的上部，锥头通过螺丝固定在垫板上，数字 位移传感器上的数据线放入布线槽中，连接到外部数据接收器上，承压板通过螺丝固定于 腔体上。通过本实用新型对加压孔加压，推动活舌使垫板、锥头向外运动，对钻孔壁施压，使 钻孔壁发生变形破坏，施压过程中承压板提供反力，数字位移传感器通过布线槽中的数据 线将锥头的位移数据传送到接收器中，最后通过回压孔卸载。在这整个过程中，可以在钻孔的任意深度和任意方形进行施压，同时获取多条位 移曲线，从而得到连续的变形、破坏曲线。整个过程用时较少，达到了精确、简便、经济的目 的。且锥头可以根据不同种类的岩体进行加工，获得所需的岩石应力与破坏参数。其主要 应用于在受外界扰动、风化、卸荷、爆破影响较小、成本较低、使用简便的情况下，直接获取 与工程设计、施工等方面相关的岩体破坏参数和地应力。本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果①在试验过程中，可以通过工程钻孔深入到任意深度的岩体当中，对任意方向进 行试验。②锥头曲率可以根据工程需要以及现场岩体的情况进行选择性的加工，获得所需 的岩体参数和地应力。③操作简便、用时少、费用低，可以适应不同条件的岩体试验，有效节省人力、物力 和财力。④锥头直接作用于岩体，使岩体发生变形和破坏，且同时获取多个应力参数，测试 方法精细、测试结果可靠。总之，该装置特点是利用较普遍的工程钻孔，突破Goodman千斤顶的受力面积限 制，使被测岩体达到破坏，从而测出不同深度与风化带岩体的强度与变形破坏参数及地应 力参数，使得整个试验过程快速、简便、便宜，易于工程现场应用。本实用新型可替代传统的 现场岩体原位试验和岩石应力测量，实现了现场试验的经济性、可靠性和可操作性。
图1为一种岩体破坏特性与地应力参数测量的钻孔横向贯入装置结构示意图(活 舌处)；图2为一种岩体破坏特性与地应力参数测量的钻孔横向贯入装置结构示意图(传 感器处)；图3为一种岩体破坏特性与地应力参数测量的钻孔横向贯入装置俯视4[0020]图4为一种岩体破坏特性与地应力参数测量的钻孔横向贯入装置剖面图。其中1-腔体；2-锥头；3-垫板；4-回压垫；5-活舌；6-加压孔；7-承压板；8-布线槽；9-回压孔；10-数字位移传感器，采用5CB-10C型精密数字位移传感器；
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的详细阐述由图1、图2、图3、图4可知，一种岩体破坏特性与地应力参数测量的钻孔横向贯入 装置，它由腔体1、锥头2、垫板3、回压垫4、活舌5、加压孔6、承压板7、布线槽8、回压孔9、 数字位移传感器10组成；其具体连接关系是腔体1为中空的开口圆柱体，在腔体中留有 加压孔6、回压孔9和布线槽8，通过回压垫4将活舌5固定在腔体中，连接处用橡胶圈11进 行密封，使活舌5与腔体形成密封空间，即加压舱；再将数字位移传感器10固定在腔体中， 同时把数字位移传感器10上的数据线放入布线槽8中，使其连接到外部数据接收器上。所 述的垫板3通过螺丝固定在活舌5和数字位移传感器10上部，再将所述的锥头2用螺丝固 定在垫板3上，使活舌5、数字位移传感器10、垫板3和锥头2形成一个整体，在加载和卸载 的过程中可以同时运动，在锥头2背面，通过螺丝将承压板7固定在腔体上，起到保护数据 线及为整体提供反力的作用。总体结构为腔体里安装活舌5和数字位移传感器10、垫板3 安装在活舌5和数字位移传感器10、锥头2安装在垫板3上，承压板7安装在腔体背部。所述锥头2可根据实际需求设计采用不同直径、不同曲率以及不同个数进行使 用，活舌5和数字位移传感器10可根据要求采用不同个数进行使用。现场操作时，将上述零件安装完成，将探头连接到油压泵和数字位移传感器10接 收器上，把探头放入钻孔一定深度，通过油压泵加压，使活舌5、垫板3和锥头2向外运动，与 承压板7同时对孔壁施压，使锥头2 —方的孔壁发生变形和破坏，将锥头2的位移数据通过 布线槽8中的数据线传输到数字位移传感器10接收器上，再通过回压孔9进行卸载，完成 一次测试。通过水平转动探头以及改变探头放入的深度，在一个钻孔中测得多条位移曲线， 将位移曲线转换为变形和破坏曲线。
权利要求一种岩体破坏特性与地应力参数测量的钻孔横向贯入装置，它包括腔体(1)、锥头(2)、垫板(3)、回压垫(4)、活舌(5)、承压板(7)、传感器(10)，其特征在于腔体(1)为中空的开口圆柱体，在腔体中留有加压孔(6)、回压孔(9)和布线槽(8)，通过回压垫(4)将活舌(5)固定在腔体中，连接处用橡胶圈(11)进行密封，活舌(5)与腔体(1)形成密封空间，数字位移传感器(10)固定在腔体中，利用螺丝将垫板(3)固定在活舌(5)和数字位移传感器(10)的上部，锥头(2)通过螺丝固定在垫板(3)上，数字位移传感器(10)上的数据线放入布线槽(8)中，连接到外部数据接收器上，承压板(7)通过螺丝固定于腔体上。
2.按权利要求1所述的一种岩体破坏特性与地应力参数测量的钻孔横向贯入装置，其 特征在于所述的锥头(2)通过螺丝固定于垫板(3)上，使活舌(5)、数字位移传感器(10)、 垫板(3)和锥头(2)形成一个整体。
专利摘要本实用新型公开了一种岩体破坏特性与地应力参数测量的钻孔横向贯入装置。腔体为中空的开口圆柱体，在腔体中留有加压孔、回压孔和布线槽，活舌通过回压垫固定在腔体中，数字位移传感器也固定在腔体中，垫板通过螺丝固定在活舌和数字位移传感器上部，多个曲率不同的锥头通过螺丝固定在垫板上，承压板通过螺丝固定在腔体上。先用油压泵通过加压孔加压，完成试验后通过回压孔卸载，数字位移传感器通过布线槽中的数据线将活舌的位移数据传送到接收器中。该装置使用方便，成本低，精确、快捷，利用普遍的工程钻孔，突破Goodman千斤顶的受力面积限制，使被测岩体达到破坏，从而测出不同深度与风化带岩体的强度与变形破坏参数及地应力参数。
文档编号G01N3/00GK201671619SQ20102019726
公开日2010年12月15日 申请日期2010年5月14日 优先权日2010年5月14日
发明者崔银祥, 李小春, 江振波 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所