超深钻孔水压致裂法岩体破裂缝无时限定向装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于岩石力学试验技术领域，特别涉及一种超深钻孔水压致裂法岩体 破裂缝无时限定向装置。
【背景技术】
[0002] 水压致裂法地应力测试是一种通过水压致使岩体破裂，产生岩体破裂缝，获得水 压力参数和破裂缝方位，由此得到初始地应力量值与方位的方法。其中的岩体破裂缝方位 通过水压致裂法地应力测试定向装置获得，该方位决定了最大水平主应力方位。所以钻孔 水压致裂法地应力测试定向装置，是钻孔水压致裂法地应力测试中的重要设备。目前，传统 的钻孔水压致裂法地应力测试定向装置主要是采用钻孔测斜仪与钻孔照相技术，该技术具 有受钻孔孔深（孔深不超过500m)及定时器设定时间（约2小时）限制的局限性。目前我 国西部工程（如水利水电、交通、矿山等）面临深埋、超深埋地下硐室建设问题，如锦屏二级 水电站深埋地下通常埋深在1000~2000m，最大埋深达2525m，深埋长隧洞的洞线布置设计 及围岩安全控制事关工程建设的成败，其中初始地应力是洞线布置设计及围岩安全控制的 关键因素。对于深埋或超深埋地下工程，初始地应力需采用钻孔水压致裂法测试，对超深 钻孔（超500m)来说，传统的定向装置因受时间限制无法准确完成岩体破裂缝定位，不再适 用。因此，为了真实地测定超深钻孔部位的地应力方位，有必要研发一种超深钻孔水压致裂 法岩体破裂缝无时限定向装置。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型的目的在于提供一种超深钻孔水压致裂法岩体破裂缝无时限定向装 置，该装置能充分利用水压致裂法设备（印模器）中的压力，不受钻孔孔深与时间的限制。 待水压致裂法设备（印模器）下放至指定位置后，即可进行加压定向。其技术优势是突破 传统岩体破裂缝定向装置的局限，不受钻孔孔深与时间的限制，充分利用水压致裂法设备 (印模器）中的压力进行破裂缝定向，能够保证准确测定深部工程初始地应力的方位。
[0004] 为解决上述技术问题，本实用新型公开的一种超深钻孔水压致裂法岩体破裂缝无 时限定向装置，它包括定向罗盘，所述定向罗盘包括罗盘盒、设置在罗盘盒内的指南针立 轴、安装在指南针立轴上的指南针、设置在罗盘盒内的杠杆支撑件、设置在杠杆支撑件上的 杠杆，所述杠杆的一端能定位指南针立轴，它还包括压力室、设置在压力室内并与压力室匹 配的活塞、固定在活塞底面中部的荷载传动轴、固定在压力室底部的限位板、顶端固定在限 位板上的支撑杆、固定在支撑杆底端的支撑板、固定在荷载传动轴底面的横梁、套在支撑杆 上的第一弹簧、固定在支撑板顶面边缘的罗盘定位板、固定在横梁底部并与罗盘定位板对 应的顶针，其中，所述支撑板顶面中部固定连接定向罗盘的罗盘盒、所述罗盘定位板连接所 述杠杆的另一端，所述压力室的顶部设有通水孔，压力室的侧壁底部设有排气孔，所述限位 板的中部设有通孔，限位板的底面还固定有与通孔对应的限位套筒，所述荷载传动轴穿过 通孔和限位套筒，所述第一弹簧的一端连接支撑板，第一弹簧的另一端连接横梁；所述荷载 传动轴上设有定位槽，所述限位套筒上设有定位插销安装孔，所述定位插销安装孔内通过 第二弹簧设置有能与定位槽配合的定位插销。
[0005] 本实用新型利用钻孔水压致裂法过程中印模器的压力P，随着P的增大直至达到 定向装置荷载传动轴运动临界压力P。，推动荷载传动轴向下运动，当荷载运动至限位板时， 定位插销插入定位槽中，实现罗盘的准确定向。
[0006] P 彡 P〇
[0008] 其中：P为印模器的压力；
[0009] P。为定向装置荷载传动轴运动临界压力；
[0010] K为第一弹簧的弹性系数；
[0011] x为定向装置荷载传动轴运动距离；
[0012] 31为圆周率；
[0013] Di为定向装置荷载传动轴活塞直径。
[0014] 本实用新型利用钻孔水压致裂法过程中印模器的压力，通过荷载传动轴实现罗盘 的准时、准确定向。为隧道或地下硐室设计提供依据。
[0015] 本实用新型突破了传统岩体破裂缝定向装置及测试方法的局限，不受钻孔孔深 (超500m)与时间的限制，充分利用水压致裂法设备（印模器）中的压力进行破裂缝定向， 能够保证准确测定深部工程初始地应力的方位。
【附图说明】
[0016] 图1为本实用新型的结构示意图；
[0017] 图2为本实用新型中定向罗盘与罗盘定位板的连接关系示意图；
[0018] 其中，1 一压力室、2-荷载传动轴、3-排气孔、4 一密封圈、5-限位板、6-支撑杆、 7一定位槽、8-定位插销、9一横梁、10-保护套、11一第一弹簧、12-定向罗盘、13-顶针、 14一支撑板、15-罗盘定位板、16-活塞、17-通孔、18-限位套筒、19 一通水孔、20-定位 插销安装孔、21-横梁固定件、22-第二弹簧、23-指南针、24-罗盘盒、25-指南针立轴、 26-杠杆、27-杠杆支撑件。
【具体实施方式】
[0019] 以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明：
[0020] 本实用新型的超深钻孔水压致裂法岩体破裂缝无时限定向装置，如图1和2所述， 它包括定向罗盘12,所述定向罗盘12包括罗盘盒24、设置在罗盘盒24内的指南针立轴25、 安装在指南针立轴25上的指南针23、设置在罗盘盒24内的杠杆支撑件27、设置在杠杆支 撑件27上的杠杆26,所述杠杆26的一端能定位指南针立轴25,它还包括压力室1、设置在 压力室1内并与压力室1匹配的活塞16、固定在活塞16底面中部的荷载传动轴2、固定在 压力室1底部的限位板5、顶端固定在限位板5上的支撑杆6、固定在支撑杆6底端的支撑 板14、固定在荷载传动轴2底面的横梁9 (通过横梁固定件21固定）、套在支撑杆6上的第 一弹簧11、固定在支撑板14顶面边缘的罗盘定位板15、固定在横梁9底部并与罗盘定位板 15对应的顶针13,其中，所述支撑板14顶面中部固定连接定向罗盘12的罗盘盒24、所述罗 盘定位板15连接所述杠杆26的另一端，所述压力室1的顶部设有通水孔19,压力室1的 侧壁底部设有排气孔3,所述限位板5的中部设有通孔17,限位板5的底面还固定有与通孔 17对应的限位套筒18,所述荷载传动轴2穿过通孔17和限位套筒18,所述第一弹簧11的 一端连接支撑板14,第一弹簧11的另一端连接横梁9 ;所述荷载传动轴2上设有定位槽7， 所述限位套筒18上设有定位插销安装孔20,所述定位插销安装孔20内通过第二弹簧22设 置有能与定位槽7配合的定位插销8。
[0021] 上述技术方案中，所述排气孔3上方的压力