一种深部岩体应力保真的原位测试装置及方法与流程

本发明涉及岩石原位测试领域，尤其是一种深部岩体应力保真的原位测试装置及方法。

背景技术：

近年来,穿越复杂工程地质条件地区的大规模陆路、水路交通工程建设和环境岩土工程项目不断增多,使得传统岩土工程勘察在以钻探、取样和试验为主要依据的基础上,对原位测试技术的合理运用更加关注。

原位测试技术因可避免岩土样在运输过程扰动、应力损失等产生的问题,取得岩土材料在现场的原位特性指标和获得相对连续的岩土特性分布信息,以及相对工期较短的优势,其应用与研究一直受到业界的重视,成为勘察的重要辅助或者主导方法。

进入深部岩体以后,岩体原位应力状态与地应力环境作用更加凸显,不同工程活动方式诱发的高应力和高量级的灾害更加凸显。现有技术中对于深部岩体的原位测试技术和装置还不够完善，因此，如何采用原位测试技术研究深部岩体的应力状态，是当前亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种深部岩体应力保真的原位测试装置及方法，可以解决现有技术不够完善的问题，通过液压仪给孔洞施加液压进行加荷或者通过抽出小钢球和液体进行卸荷双向原位测试，避免岩体取样过程中应力释放对试验的影响。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种深部岩体应力保真的原位测试装置，在山体临空面上设有多个矩形面，各矩形面上均匀开设有多个连通的孔洞，各孔洞内填充有钢球液体填充层，与矩形面相配合的测试板上开设有操作孔。

相邻的两孔洞的外圈相切或者下一个孔洞的外圈经过上一个孔洞的圆心。

孔洞的深度为0.4-0.8米，直径为0.05-0.2米。

测试板四周设置有密封层，操作孔四周设置有孔密封层。

一种采用上述装置进行深部岩体应力保真的原位测试的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：在山体上选取一块临空面；

步骤2：在临空面的一侧选取第一横向矩形面，在与第一横向矩形面相对的一侧选取第二竖向矩形面；

步骤3：在第一横向矩形面上钻孔形成一个孔洞，向孔洞内灌入小钢珠，使小钢珠充满孔洞；

步骤4：在步骤3所钻孔洞后再次钻孔形成与前一个孔洞连通的孔洞并向新钻的孔洞内灌入小钢珠，使小钢珠充满新钻的孔洞；

步骤5：重复上述步骤4直至第一横向矩形面上均匀开始的多个连通的孔洞内充满小钢珠；

步骤6：在第一横向矩形面上盖上测试板，通过操作孔向各孔洞内注入液体，使液体充填在小钢珠间隙里，形成小钢珠液体填充层；

步骤7：在测试板的操作孔用橡胶管连接液压仪，通过液压仪给各孔洞施加液压进行加荷或者通过抽出小钢球和液体进行卸荷双向原位测试；

步骤8：在第二竖向矩形面上重复上述步骤3-7，即完成深部岩体应力保真的原位测试。

另一种测试方法为：

一种采用上述装置进行深部岩体应力保真的原位测试的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：在山体上选取两块互相垂直的第一临空面和第二临空面；

步骤2：在第二临空面与底面交线处为底边选取第三横向矩形面,在与第一临空面和第二临空面垂直对应的第三凌空面上分别在与第一临空面交线前0.1-0.3米选取第四横向矩形面和与第二临空面交线前0.1-0.3米选取第五横向矩形面；

步骤3：在第三横向矩形面上钻孔形成一个孔洞，向孔洞内灌入小钢珠，使小钢珠充满孔洞；

步骤4：在步骤3所钻孔洞后再次钻孔形成与前一个孔洞连通的孔洞并向新钻的孔洞内灌入小钢珠，使小钢珠充满新钻的孔洞；

步骤5：重复上述步骤4直至第三横向矩形面上均匀开始的多个连通的孔洞内充满小钢珠；

步骤6：在第三横向矩形面上盖上测试板，通过操作孔向各孔洞内注入液体，使液体充填在小钢珠间隙里，形成小钢珠液体填充层；

步骤7：在测试板的操作孔用橡胶管连接液压仪，通过液压仪给各孔洞施加液压进行加荷或者通过抽出小钢球和液体进行卸荷双向原位测试；

步骤8：在第四横向矩形面上重复上述步骤3-步骤7；

步骤9：在第五横向矩形面上重复上述步骤3-步骤7，即完成在三个方向应力保真基础上进行加卸荷双向原位测试。

本发明提供的一种深部岩体应力保真的原位测试装置及方法，有益效果如下：

1、利用小钢球粒径小并且流动性好会迅速填满孔洞的特性，给孔洞周围一个支撑力，可以最大程度上防止孔洞回弹变形引发的应力释放。

2、用小钢球填满孔洞可以形成均匀的空隙便于后续填充液体以及用液压仪施加压力时会赋予岩石均匀压力，并且在做卸荷时可以很方便地抽出小钢球和液体从而可以对岩体进行双向原位测试。

可以解决现有技术不够完善的问题，通过液压仪给孔洞施加液压进行加荷或者通过抽出小钢球和液体进行卸荷双向原位测试，避免岩体取样过程中应力释放对试验的影响。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明装置测试板的结构示意图；

图2为本发明装置的示意图，此时相邻的两孔洞的外圈相切；

图3为本发明装置的示意图，此时下一个孔洞的外圈经过上一个孔洞的圆心；

图4为本发明实施例三的示意图。

具体实施方式

实施例一

如图1-3所示，一种深部岩体应力保真的原位测试装置，在山体临空面上设有多个矩形面，各矩形面上均匀开设有多个连通的孔洞14，各孔洞14内填充有钢球液体填充层，与矩形面相配合的测试板2上开设有操作孔13。

相邻的两孔洞14的外圈相切或者下一个孔洞14的外圈经过上一个孔洞14的圆心。

孔洞14的深度为0.4-0.8米，直径为0.05-0.2米，优选为深度为0.6米，直径为0.1米。

测试板2四周设置有密封层3，操作孔13四周设置有孔密封层7，密封层3和孔密封层7优选为橡胶密封层。

小钢球4的直径为5-20毫米，优选为10毫米。

实施例二

适用于一个方向卸载了在另外两个方向应力保真基础上做加卸荷双向原位测试

如图2和图3所示，一种采用上述装置进行深部岩体应力保真的原位测试的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：在山体上选取一块边长为1米的临空面1；

步骤2：在临空面1的一侧选取第一横向矩形面5，在与第一横向矩形面5相对的一侧选取第二竖向矩形面6；

第一横向矩形面5和第二竖向矩形面6长为0.6米，宽为0.1米；

步骤3：在第一横向矩形面5上钻孔形成一个孔洞14，向孔洞14内灌入小钢珠4，使小钢珠4充满孔洞14；

步骤4：在步骤3所钻孔洞14后再次钻孔形成与前一个孔洞连通的孔洞并向新钻的孔洞14内灌入小钢珠，使小钢珠充满新钻的孔洞14；

步骤5：重复上述步骤4直至第一横向矩形面5上均匀开始的多个连通的孔洞14内充满小钢珠；

步骤6：在第一横向矩形面5上盖上测试板2，通过操作孔13向各孔洞14内注入液体，使液体充填在小钢珠间隙里，形成小钢珠液体填充层；

步骤7：在测试板2的操作孔13用橡胶管连接液压仪，通过液压仪给各孔洞14施加液压进行加荷或者通过抽出小钢球和液体进行卸荷双向原位测试；

步骤8：在第二竖向矩形面6上重复上述步骤3-7，即完成深部岩体应力保真的原位测试。

实施例三

适用于在一个岩体或者相同的区域里的三个方向应力保真基础上做加卸荷双向原位测试

如图4所示，一种采用上述装置进行深部岩体应力保真的原位测试的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：在山体上选取两块互相垂直的第一临空面8和第二临空面9；

步骤2：在第二临空面9与底面交线处为底边选取第三横向矩形面11,在与第一临空面8和第二临空面9垂直对应的第三凌空面15上分别在与第一临空面8交线前0.1-0.3米（优选为0.2米）选取第四横向矩形面10和与第二临空面9交线前0.1-0.3米（优选为0.2米）选取第五横向矩形面12；

步骤3：在第三横向矩形面11上钻孔形成一个孔洞，向孔洞14内灌入小钢珠，使小钢珠充满孔洞14；

步骤4：在步骤3所钻孔洞14后再次钻孔形成与前一个孔洞连通的孔洞并向新钻的孔洞14内灌入小钢珠，使小钢珠充满新钻的孔洞14；

步骤5：重复上述步骤4直至第三横向矩形面11上均匀开始的多个连通的孔洞14内充满小钢珠；

步骤6：在第三横向矩形面11上盖上测试板2，通过操作孔13向各孔洞14内注入液体，使液体充填在小钢珠间隙里，形成小钢珠液体填充层；

步骤7：在测试板2的操作孔13用橡胶管连接液压仪，通过液压仪给各孔洞14施加液压进行加荷或者通过抽出小钢球和液体进行卸荷双向原位测试；

步骤8：在第四横向矩形面10上重复上述步骤3-步骤7；

步骤9：在第五横向矩形面12上重复上述步骤3-步骤7，即完成在三个方向应力保真基础上进行加卸荷双向原位测试。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。