钻孔内围岩力学参数原位测试综合试验装置的制作方法

本实用新型涉及一种岩体力学参数测试装置，尤其涉及钻孔内围岩力学参数原位测试综合试验装置。

背景技术：

岩体的物理力学参数是岩土、水利水电及矿山工程实施的基础数据，对于这些工程涉及到巷道支护，要明确测得巷道围岩的力学参数，来保证支护设计方案的强度、刚度和稳定性满足要求；同时，通过数值模拟预测围岩在开挖状态下后期的变形破坏特性，也要精确测得各层围岩的力学参数，才能得到可靠的结果，对工程进行指导。

传统的岩体物理力学参数测试方法主要有两种：一种方法为通过现场钻取岩芯，加工成标准试样，并在实验室内进行单轴、剪切、三轴等试验，从而得到岩石的强度、变形等参数；然而由于工程岩体结构面发育和分布的不均匀性，使其物理力学性质比岩石复杂得多；并且钻取岩芯及制备试样过程中岩石极易受到破坏，导致通过室内试验得到的岩石力学参数与工程实际中岩体实际参数存在较大偏差，满足不了工程需求，所以大多数的工程规范都有安全系数来增大安全的保障；同时，通过室内试验测得的岩石力学参数应用到数值模拟中也发现，模拟效果与工程实际相差较大。因此，通过室内试验测得的岩石力学参数在对岩体工程的强度设计、变形验算、稳定性要求等进行设计和评价时存在局限性。

另一种方法是通过千斤顶等装置对现场巷道围岩顶板、侧壁的岩体直接加压的方式进行力学参数测试，然而通过该方式测得的岩体力学参数仅能反映巷道外壁围岩的力学特性，不能反应深部岩体不同岩性及受不同地应力情况下的岩石力学参数的变化；同时千斤顶体型笨重，携带不方便，不利于在复杂地质条件下对岩体进行抗压测试。

在工程现场通常需要进行钻孔取芯对地质结构进行分析，或进行钻孔用于锚杆支护，因此可以对上述钻孔内部围岩的物理力学参数进行测试，获得工程现场精准数据，可以反映出岩性变化及地应力对岩石物理力学参数的影响。通过调研发现在水利水电工程领域主要采用国外已有设备进行相关现场试验，缺乏自主知识产权及创造性。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种钻孔内围岩力学参数原位测试综合试验装置。通过该装置对现场工程岩体加载测试，获得不同岩性、不同钻孔深度岩体的荷载-位移曲线及数据，通过换算得到相关的技术指标和参数，有利于施工过程中进行有效的支护方案设计以及精准的数值模拟，保证支护强度和工程稳定，为岩土、水利水电、矿山等工程安全施工提供保障。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种钻孔内围岩力学参数原位测试综合试验装置，其特征在于，它由触探加载系统、多点测试旋转定位系统、推进支撑系统、液压加载系统和控制系统五大部分组成；其中：

(一)所述的触探加载系统由单点加载仪、视频采集单元、位移测量单元、触探锥头和承压底座组成，其中：

所述单点加载仪上部设有一凹腔，下部设有一压力室，触探锥头的底部穿过凹腔后伸入到压力室中,在单点加载仪的侧面还依次设有电线接口、推杆接口和油路接口，电线接口与外部的控制器相连接，推杆接口与外部的推进支撑系统相连接，油路接口与外部的液压加载系统相连接；所述控制器与液压加载系统相连接；

所述承压底座，固定在单点加载仪的底部，承压底座上设有一油腔，油腔分别与压力室和油路接口相连通；

所述位移测量单元，固定在凹腔的侧壁上，位移测量单元用于检测所述触探锥头的移动距离；

所述视频采集单元，设置在位移测量单元的外部周向方向上，且经电线接口与控制器相连接，视频采集单元用于采集钻孔孔壁的加载状态；

所述的触探锥头为球台状，就是半球的顶部截成平面；

(二)所述的多点测试旋转定位系统包括旋转角度定位装置和复测校准装置。其中旋转角度定位装置由电动机与机械齿轮进行传动，所述复测校准设备由定位指针与主机进行数据校正，在实际使用过程中，可根据测试的精度与孔径的大小来调整齿轮的齿数，通过机械齿轮旋转与微型摄像头定位复测，可实现高精度的多角度旋转与复测定位校正。

所述的旋转角度定位装置包括驱动单元、连接轴和传动单元，所述驱动单元固定在所述防护罩的内部侧壁上，驱动单元经传动单元与连接轴相连接，连接轴的顶部与外部的静力触探加载装置相连接；

所述的复测校准设备包括定位指针、复测圆盘和视频采集显示单元，定位指针与连接轴的上部相连接，复测圆盘套设在连接轴上，并与防护罩的内侧壁固定连接，其中，所述定位指针的指示端位置与所述复测圆盘的位置相对应，所述视频采集显示单元用于实时采集所述定位指针和复测圆盘的相对位置并显示出来；

(三)所述的推进支撑系统包括推进驱动装置、孔口支撑防护装置，推进杆和压管装置；其中：

所述的推进驱动装置由底座、万向球铰、推进液压缸和推进杆替换连接室组成；推进液压缸经万向球铰转动连接在底座上，推进杆替换连接室与推进液压缸相连接；所述推进液压缸的活塞柱上设有推进端头，推进端头的内部设有中空的内凸柱，内凸柱的内部安装有导电圈，内凸柱的外侧壁上设有柱状凸起，导电圈与孔口杆体上的单针连线插头中的第二导电插针相配合，柱状凸起与孔口端杆体上单针连线插头中的垂直滑轨相配合；所述推进杆替换连接室是在推进杆系统的外表面套设有与推进液压缸相连接的圆柱筒体，圆柱筒体的下部侧壁上设有一开口，管道穿设在开口中；圆柱筒体的内壁上还对称地设有多组夹具用于夹持推进杆系统，夹具的夹臂外侧尖端设有可对接的半圆卡槽，半圆卡槽用于夹持管道，半圆卡槽的开口大小可调；

所述的孔口支撑防护装置，设置在推进杆替换连接室的上方，用于对钻孔孔口处的杆体进行夹持支撑，在孔口支撑防护装置的下方设置有压管装置，用于将管道压入到推进杆杆体的开口槽中；

所述的推进杆，是由多个杆体首尾连结而成的；在杆体的外表面竖直地开设有多个开口槽，油管管道可压入开口槽内部；在杆体内的中空内腔中穿设有双头单针导线，双头单针导线是在导线两端分别连接有第一导电插针和第二导电插针；在杆体的顶部连接有单孔连线插座，单孔连线插座的内部设有由导电环构成的导电插孔，第一导电插针经线圈与导电环相连接；单孔连线插座的外侧壁上对称地分布有两个孔槽，每个所述孔槽内安装有弹簧卡扣，所述弹簧卡扣的尾部经弹簧与所述孔槽相连接，所述弹簧卡扣的头部为球面，所述单针连线插头的开口端头上对应地设有四个孔槽开口，所述弹簧卡扣与所述孔槽开口相配合，便于单孔连线插座与单针连线插头的连接和脱离；在杆体的底部连接有单针连线插头，第二导电插针自内向外穿设在单针连线插头上，且第二导电插针还与导电插孔相配合；单针连线插头的内壁沿孔槽开口向内设有对称分布的垂直滑轨，垂直滑轨分为连接滑轨和脱离滑轨，且连接滑轨和脱离滑轨之间通过一斜滑轨相连，三条滑轨形成U型回路，组成U型回路的滑轨的最小内径略大于弹簧卡扣的最大外径；斜滑轨与脱离滑轨连接处设有滑轨卡槽，滑轨卡槽用于单孔连线插座与单针连线插头连接后稳住弹簧卡扣，使整个装置在推进和测量过程中不发生转动，有利于稳定性和精确性；在单孔连线插座的外表面设有环形锁紧凹槽，在单针连线插头的下端部设有与环形锁紧凹槽相锲合的锁紧套环；

(四)所述的液压加载系统用来控制液压油进出实现加载的；

(五)所述的控制系统，一是控制旋转角度定位装置的驱动单元进行精确旋转转动，并显示复测校准设备的显示单元复测的旋转角度；二是控制触探加载系统对现场工程钻孔内岩体进行加载测试，获得不同岩性、不同钻孔深度岩体的荷载-位移曲线及数据；三是控制推进支撑系统将触探加载系统与多点测试旋转定位系统准确送入到钻孔中，实现不同钻孔深度岩体的加载测试；四是控制液压加载系统对所有油路进行充油和回油，实现整个装置对钻孔内岩体的测试。

进一步：上述旋转角度定位装置的的传动单元的优选结构是：包括第一至第三单齿齿轮、第一至第三多齿齿轮，所述连接轴包括自上而下依次分布的上轴、中轴和下轴，中轴分别与所述上轴和下轴转动连接；其中：第一单齿齿轮与驱动单元固定连接，第一多齿齿轮与中轴的下部固定连接，第一单齿齿轮与第一多齿齿轮相啮合；第二单齿齿轮固定在中轴的上部，第二单齿齿轮与第二多齿齿轮相啮合；第三多齿齿轮固定在上轴上，第三单齿齿轮与第三多齿齿轮相啮合，第二多齿齿轮和第三单齿齿轮之间通过连接杆相连接，连接杆的外部套设有连接套，连接套与连接杆转动连接，且连接套还与防护罩固定连接；在第一多齿齿轮、第二单齿齿轮和第三多齿齿轮上均分别设有至少一个键槽，且所述第一多齿齿轮、第二单齿齿轮和第三多齿齿轮通过固定键和键槽分别与中轴的下部、中轴的上部和上轴相连接。

进一步：孔口支撑防护装置包括固定在孔口位置处的固定架、分级卡盘、分级滑轨和内径调节机构；所述的固定架为圆形套环，圆形套环的内部中间位置处设有隔板；在隔板的上下两侧对称地安装有分级卡盘，分级卡盘的中心位置处还设有旋转限位环，推进杆系统穿设在旋转限位环中；在分级卡盘的直径线上对称地设置有分级滑轨，分级滑轨上设有分级卡柱，分级卡柱包括第一级卡柱、第二级卡柱和第三级卡柱，所述第一级卡柱嵌套在第二级卡柱内，第二级卡柱嵌套在第三极卡柱内，第一级至第三级卡柱均可沿相对应的分级滑轨滑动；所述的内径调节机构包括调节限位槽和调节螺钉，调节限位槽设置在相邻两个分级卡柱之间，调节螺钉设置在调节限位槽中，用于调整旋转限位环的内径大小；上述分级卡盘、旋转限位环和分级卡柱中均设有油路通道，且所述分级卡盘上还设有进油口和出油口，所述进油口和出油口与所述油路通道相连通。

进一步：所述的压管装置包括固定杆、金属套、两个滑轮和弹簧压片；所述的固定杆，固定在上述孔口支撑防护装置的下方；所述的金属套，分别经水平位移调节机构和竖直位移调节机构与上述固定杆相连接，通过两个调节机构分别调节金属套水平左右移动和竖直上下移动；金属套上对称地开设有两个开口滑槽，开口滑槽倾斜向外延伸；所述的两个滑轮，一一对应地安装在开口滑槽中与开口滑槽滑动连接，且滑轮与杆体的开口槽相对应，两个滑轮之间还通过传递杆相连接，要求滑轮的轮缘处中间突出，其两侧边向内凹陷，有利于把油管压进推进杆外侧壁的开口槽中，防止偏差；所述的弹簧压片，设置在每个滑轮的两侧轴部，弹簧压片用于受力后驱动所述滑轮沿所述开口滑槽滑动。

进一步：压管装置的水平位移调节机构优选结构是：包括竖向调节滑块、斜杆和伸缩柱，在压管系统的固定杆上设有竖向滑槽，斜杆的一端经竖向调节滑块与竖向滑槽滑动连接，其另一端与伸缩柱的中部相铰接，伸缩柱的两端分别与固定杆和压管系统的金属套相连接，在竖向调节滑块上还设有一解锁压板，便于对竖向调节滑块进行锁紧和解锁,压管装置的竖直位移调节机构包括滑动轴承，水平位移调节机构的伸缩柱一端经滑动轴承与固定杆的竖向滑槽滑动连接。

本实用新型钻孔内围岩力学参数原位测试综合试验装置的使用方法如下：

第一步，组装连接工程岩体力学参数钻孔原位测试装置

第1.1步，固定推进支撑系统，并使推进液压缸伸出端的推进端头对准围岩钻孔；将固定阀关闭，保证推进驱动装置稳定不动；并将推进杆替换连接室安装在液压缸活塞柱外露端内凸柱上并锁紧；

第1.2步：固定孔口支撑防护装置和压管装置；即：将所述孔口支撑防护装置的液压分级卡盘固定在固定架的隔板上下两端，并用螺栓锚固，同时，将压管系统固定在固定架的下方；

第1.3步，孔口支撑防护装置组装完毕后，将其安装在推进支撑系统底座的支架上，并通过升降支架将其传送到围岩钻孔口处，使其固定在钻孔口外壁；

第1.4步，将触探加载系统与多点测试旋转定位系统通过轴承连接在一起，使两者可以同步转动，并在轴承上端头安装钻孔电视成像系统，使触探加载系统、多点测试旋转定位系统和钻孔电视成像系统可以随着推进杆移动；

第1.5步，将组装好的第一根推进杆通过替换连接室侧壁的圆柱筒体开口安装在推进端头，同时锁紧推进杆尾，使其在推进过程中不发生旋转及晃动；

第1.6步，安装管道；将管道通过推进杆替换连接室侧壁的圆柱筒体开口处深入与触探加载系统的油路接口相连，并于压力室相通，调整夹具尖端两侧对接的半圆卡槽大小，使管道可以在其中自由拉动；

第二步，钻孔原位测试

第2.1步，打开推进液压缸，设置油压加载速率，使推进液压缸的活塞缓慢推出，同时，将推进杆以及触探加载系统与多角度旋转复测系统推升靠近钻孔口，在推进杆端头的触探加载系统与多角度旋转复测系统完全通过孔口支撑防护装置进入钻孔口后，停止推进；

第2.2步，打开钻孔电视摄像头，通过摄像头开始记录钻孔内围岩的特征，调整压管系统水平位移调节机构的伸缩柱，使压管系统的滑轮在弹簧压片作用下将管道压入到开口槽内，当推进杆的尾部锁紧套环靠近滑轮时，停止推进；

第2.3步，打开分级卡盘的锁紧开关，控制上下两个分级卡盘的分级卡柱收缩，将推进杆夹紧，使其保持稳定；旋转推进液压缸的活塞锁紧环，并打开推进液压缸的回油装置，使推进端头缓慢下移，并与推进杆分离，当液压推进缸下移到初始位置后，关闭回油控制阀门；

第2.4步，再次安装推进杆，并打开液压推进缸的进油阀门，使推进杆缓慢上升，当第二根推进杆的单孔连线插座插入到第一根推进杆尾部的单针连线插头上后，推进液压缸停止抬升，转动第二根推进杆，使其与第一根推进杆尾部锁紧套环锲合并形成锁紧状态，最后，控制打开分级卡盘的分级卡柱，使推进杆在推进液压缸的提升下，逐渐进入钻孔深处；

第2.5步，重复操作直到触探加载系统到达所需测量的钻孔围岩处，控制两个分级卡盘的分级卡柱收缩，将推进杆夹紧，通过控制触探加载系统的驱动器，使滑块沿导轨移动，打开触探加载系统的保护挡板，露出单点加载仪和视频采集单元，打开视频采集单元的摄像装置，对需要加载测试的岩体进行观察，选取岩性完整区域用来加载，通过液压使单点加载仪伸出并对需要测量的岩体进行加载测量，通过视频采集单元对岩体在加载过程中的破坏过程和破坏形态进行记录并储存；

第2.6步，对选定的围岩区域测试完成后，将单点加载仪缩回，并关闭保护挡板，计算该钻孔内同一深度同一水平面内其他方位的围岩所要加载测试的点与初试测试点之间的夹角；

第2.7步，控制系统按照计算的旋转角度调整驱动单元进行旋转，驱动单元带动传动单元转动，使触探加载系统转动至所需检测方位；

第2.8步，采集定位指针和复测圆盘的相对位置并反馈至所述控制器，控制器控制显示单元显示复测的旋转角度，对复测的旋转角度信息进行记录与储存；

第2.9步，重复触探加载系统在加载过程中的操作，完成复测角度后围岩变形破坏时荷载及变形的测试试验，直至同一水平面内所需要不同角度位置处的围岩数据均被测试完成，继续增加推进杆探测深度，达到所需测试的深度，进行相关操作。

第三步，拆卸岩体力学参数钻孔原位测试装置

对同一一钻孔不同深度围岩测试完成后，关闭触探加载系统的控制器打开推进液压缸的回油阀门，打开分级卡盘的分级卡柱，使整体装置缓慢回落，并逐节拆卸推进杆，直至最后一节拆卸完毕，并将管道归整回收；

通过升降支架将孔口支撑防护装置降落至地面，并进行拆解；

打开推进支撑系统万向球铰上的固定阀，将推进液压缸调回至初始位置，同时，将底座拆卸放置至外部的储备箱中；

第四步，数据处理

导出加载过程中储存的荷载和位移数据，处理生成荷载-位移曲线；通过公式换算，将荷载-位移曲线转换成应力-应变曲线，获取峰值强度及对应的应变值，同时通过相应的公式求出岩体的其他力学参数。

本实用新型的有益效果：

本实用新型在现有技术以及装置的基础上，通过推进驱动装置、孔口支撑防护装置以及推进杆等多重协调作用，推进杆的驱动以及整个试验装置在对岩体物理力学参数进行原位测试过程中消除了人为因素的影响，解决了手持装置发生晃动导致测试的荷载、位移等参数不准确，而无法用来对岩体工程的支护设计、变形验算、稳定性要求等进行精确的设计和评价的难题，保证了试验装置的安全性以及探测试验结果的真实性和准确性；通过本实用新型推进杆结构可将进油管和出油管分别镶嵌在推进杆外侧壁的竖直开口槽内，既能够控制油管在推进过程中不发生偏离，又能保护油管不会与钻孔岩壁发生摩擦导致损坏，消除了安全隐患，为钻孔原位测试提供了安全保障。

本实用新型通过旋转角度定位装置，将传动单元的齿轮与连接轴采用键连接方式，且中部连接轴与其他连接轴转动连接，实现齿轮与连接轴同步转动，而连接轴相互转动不影响；同时，单齿轮的长齿轮带动下一级齿轮转动，以及多齿轮间的转动传递，可以调整加载装置在钻孔内进行不同角度的旋转测试，解决了在钻孔内测试同一水平面不同方位岩体的力学参数的难题；通过单齿轮和多齿轮协调作用，将旋转速率大大降低，使转动相对角度值更加精确。复测圆盘固定不发生转动，定位指针通过微型摄像头连接于控制器主机，使其同步转动，对整个装置的旋转角度进行及时的复测、反馈，有利于读取装置真实的旋转角度，使试验结果真实可靠，且精确度更高，避免人为读数所带来的误差，简单有效，便于分析。

本实用新型通过触探加载装置的触探锥头设计成半球台状，在加载过程中，既可以有效的与岩壁进行接触，又能够增大岩体所受的应力，使之更容易产生破坏；触探锥头在对围岩进行加载时伸出，加载完成后收缩，且装置在推进过程中，通过保护罩将触探锥头护住，有效防止了加载或推进过程中因触探锥头与岩壁凸起相碰撞导致压头损坏，起到保护作用。同时，通过对称设置在触探锥头两侧的摄像头，可实时监测加载过程中岩体的破坏形式，为研究工程现场岩体的破坏演化提供了可视化参考。

本实用新型的装置结构紧凑、操作安全，各装置间互相连接效率快速高效且方法简单可靠，操作过程直观可控制。通过各装置间的相互协调作用来实现安全、高效试验方案，以满足工程现场钻孔探测加载的需要，在工程岩体力学参数钻孔原位测试研究方面具有广泛的实用性和工程应用前景。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构图；

图2是本实用新型的推进系统示意图

图3中，图3a和图3b分别为本推进杆替换连接室的主视图和俯视图；

图4中，图4a和4b分别是推进杆和推进端头示意图；

图5是本实用新型的孔口支撑防护装置示意图；

图6是本实用新型的多级液压卡盘示意图；

图7是本实用新型推进支撑系统的压管装置示意图

图8是本实用新型的多点测试旋转定位系统图；

图9是本实用新型的触探加载系统图；

图10是图9的剖面图。

图中：

1-触探加载系统，11-单点加载仪，12-凹腔，13-保护挡板,14-视频采集单元,15- 位移测量单元，16-位移传感器，17-驱动器，18-导轨，19-滑块，110-电线接口，111- 推杆接口，112-油路接口，113-测量段，114-导向滑轮，115-连接段，116-油腔，117- 压力室，118-密封圈，119-承压底座,120-触探锥头。

2-多点测试旋转定位系统，21-防护罩，22-第二固定杆，23-复测圆盘，24-复测校准机构，25-定位指针，26-连接杆，27-第三单齿齿轮，28-第三固定杆，29-连接套， 210-第二多齿齿轮，211-第二单齿齿轮，212-传动单元，213-连接轴，214-旋转角度定位装置，215-驱动单元，216-第一固定杆，217-第一单齿齿轮，218-第一多齿齿轮， 219-第三多齿齿轮，220-键槽。

3-推进支撑系统，31-单孔连线插座，32-孔槽，33-弹簧卡扣，34-绝缘胶柱，35- 导电环，36-锁紧凹槽，37-线圈，38-杆体，39-开口槽，310-双头单针导线，311-斜滑轨，312-绝缘胶环，313-第二导电插针，314-连接滑轨，315-锁紧套环，316-脱离滑轨，317-单针连线插头，318-滑轨卡槽，319-导电插孔，320-弹簧，321-推进杆， 322-圆柱筒体，323-替换连接室，324-圆柱筒体开口，325-夹具，326-半圆卡槽，327- 导电圈，328-推进端头，329-柱状凸起，330-内凸柱，331-第三级卡柱，332-第二级卡柱，333-第一级卡柱，334-分级卡柱，335-分级卡盘，336-隔板，337-固定架，338- 进油口，339-出油口，340-分级滑轨，341-调节限位槽，342-调节螺钉，343-旋转限位环，344-导线，345-第一导电插针，346-固定杆，347-竖向滑槽，348-解锁压板， 349-金属套，350-滑轮。351-开口滑槽，352-传递杆，353-弹簧压片，354-伸缩柱， 355-水平位移调节机构，356-垂直位移调节机构，357-滑动轴承，358-调节滑块，359- 斜杆，活塞锁紧环-360，固定阀-361，万向球铰-362，363-管道。

4-液压加载系统。

5-控制系统。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步说明。

如图1所示的本实用新型钻孔内围岩力学参数原位测试综合试验装置，它包括触探加载系统1、多点测试旋转定位系统2、推进支撑系统3、液压加载系统4和控制系统5五大部分；其中：

(一)所述的触探加载系统1结构如图9-10所示，整体包括单点加载仪11、视频采集单元14、位移测量单元15、触探锥头120，承压底座119；

从图中可以看出，所述的单点加载仪11，上部设有一凹腔12，下部设有一压力室117，触探锥头120也就是活塞压头的底部穿过凹腔12后伸入到压力室117中，单点加载仪11的侧面还依次设有电线接口110、推杆接口111和油路接口112，电线接口110与外部的控制系统5相连接，推杆接口111与外部的推进支撑系统3相连接，油路接口112与外部的液压加载系统4相连接；本实用新型的触探锥头120前端设计成半球台状，在加载过程中，既可以有效地与岩壁进行接触，又能够增大岩体所受的应力，使之更容易产生破坏；触探锥头120具有可伸缩性，在对围岩进行加载时伸出，加载完成后收缩。为了有效防止加载或推进过程中因触探锥头120与岩壁凸起相碰撞导致压头损坏，在触探锥头120端头设有保护挡板13，保护挡板13与单点加载仪11的侧壁相连，保护挡板13通过滑块19与导轨18相锲合，并通过驱动器17可沿导轨18移动将触探锥头120护住。

所述的承压底座119，固定在单点加载仪11的底部，承压底座119上设有油腔 116，油腔116分别与压力室117和油路接口112相连通；通过液压加载系统4提供液压动力，经油路接口112和油腔116后传递至压力室117中，从而驱动触探锥头 120移动并对钻孔的孔壁进行加载。

所述的位移测量单元15，固定在凹腔12的侧壁上，位移测量单元15用于检测触探锥头120的移动距离；具体地，位移测量单元15包括位移传感器16、测量引线以及位移监测仪，位移监测仪底端固定在承压底座119上，测量引线包括连接段115 和测量段113，连接段115的一端通过位移传感器16与测量段113相连接，其另一端经导向滑轮114与位移检测仪相连接，测量段113与触探锥头120的轴线相平行，且测量段113的另一端还与触探锥头120的侧壁以及位移监测仪连接，因此，触探锥头120的移动距离和测量段113的移动距离是相同的，通过监测测量段113的移动距离就可以获取触探锥头120的位移，其测量准确度高，受外界干扰因素较少。

所述的视频采集单元14，设置在位移测量单元15的外部周向方向上，且经电线接口110与控制系统5相连接，视频采集单元14用于采集钻孔孔壁的加载状态。具体地，视频采集单元14的摄像头和补光灯均与控制系统5相连接，其中，摄像头对称设置在触探锥头120的两侧，这样可以同时观测触探锥头120的两侧加载状态，补光灯平均分布在以触探锥头120的轴线为圆心的同一圆周上，这样可以对触探锥头120的外周侧进行均匀补光，提高摄像头采集视频的清晰度。

为了提高密封性，压力室117与触探锥头120之间还设有密封圈118。

为了使承压底座119与钻孔的孔壁接触更加贴合，避免应力集中，承压底座119 的底部外表面曲率和所测钻孔的曲率相对应，优选地，承压底座119的底部外表面圆弧所对应的圆心角为120°。

(二)所述的多点测试旋转定位系统2(见图8)包括旋转角度定位装置214和复测校准机构24，其中：

所述的旋转角度定位装置214包括驱动单元215、连接轴213和传动单元212，所述驱动单元215为双向电动机，固定在所述防护罩21的内部侧壁上，驱动单元215 经第一固定杆216与防护罩21固定连接；驱动单元215经传动单元212还与连接轴 213相连接，连接轴213的顶部与外部的触探加载系统1相连接，驱动单元215与外部的控制系统5电连接。

所述的复测校准机构24包括定位指针25、复测圆盘23和视频采集显示单元，定位指针25与连接轴213的上部相连接，复测圆盘23套设在连接轴213上，复测圆盘23的上表面边缘设有表示圆心角的刻度，复测圆盘23经第二固定杆22与防护罩21固定连接；所述定位指针25的指示端位置与所述复测圆盘23的位置相对应，所述视频采集显示单元用于实时采集所述定位指针25和复测圆盘23的相对位置并显示出来，视频采集显示单元具体包括摄像头和主机显示屏，摄像头固定在定位指针25上，主机显示屏分别与摄像头和控制系统5相连接。本实用新型中的定位指针 25与连接轴213的上部同步转动，而摄像头固定在定位指针25上，这样便可实时监测到的定位指针25的转动状态视频画面，并显示到主机显示屏上。

进一步：上述旋转角度定位装置的传动单元的优选结构是：包括第一至第三单齿齿轮217、211和27，第一至第三多齿齿轮218、210和219，所述连接轴213包括自上而下依次分布的上轴、中轴和下轴，中轴分别与所述上轴和下轴转动连接；其中：第一单齿齿轮217与驱动单元215固定连接，第一多齿齿轮218与中轴的下部固定连接，第一单齿齿轮217与第一多齿齿轮218相啮合；第二单齿齿轮211固定在中轴的上部，第二单齿齿轮211与第二多齿齿轮210相啮合；第三多齿齿轮219 固定在上轴上，第三单齿齿轮27与第三多齿齿轮219相啮合，第二多齿齿轮210和第三单齿齿轮27之间通过连接杆26相连接，连接杆26的外部套设有连接套29，连接套29经第三固定杆28还与防护罩21固定连接；在第一多齿齿轮218、第二单齿齿轮211和第三多齿齿轮219上均分别设有至少一个键槽220，通过固定键和键槽 220分别与中轴的下部、中轴的上部和上轴相连接。

(三)所述的推进支撑系统3见图2-5，它包括推进驱动装置、孔口支撑防护装置，推进杆321和压管装置；其中：

所述的推进杆321见图4a，是由多个杆体38首尾连结而成的；在杆体38的外表面竖直地开设有多个开口槽39，油管管道可压入开口槽39内部；在杆体38内的中空内腔中穿设有双头单针导线310，双头单针导线310是在导线344两端分别连接有第一导电插针345和第二导电插针313；在杆体38的顶部连接有单孔连线插座31，单孔连线插座31的内部设有由导电环35构成的导电插孔319，第一导电插针345经线圈37与导电环35相连接；单孔连线插座31的外侧壁上对称地分布有两个孔槽32，每个孔槽32内安装有弹簧卡扣33，弹簧卡扣33的尾部经弹簧320与孔槽32相连接，弹簧卡扣33的头部为球面；在杆体38的底部连接有单针连线插头317，单针连线插头317的开口端头上对应地设有四个孔槽开口，弹簧卡扣33与所述孔槽开口相配合，便于单孔连线插座31与单针连线插头317的连接和脱离；所述的第二导电插针313 自内向外穿设在单针连线插头317上，且第二导电插针313还与导电插孔319相配合；单针连线插头317的内壁沿孔槽开口向内设有对称分布的垂直滑轨，垂直滑轨分为连接滑轨314和脱离滑轨316，且连接滑轨314和脱离滑轨316之间通过一斜滑轨311相连，三条滑轨形成U型回路，组成U型回路的滑轨的最小内径略大于弹簧卡扣33的最大外径；斜滑轨311与脱离滑轨316连接处设有滑轨卡槽318，滑轨卡槽318用于单孔连线插座31与单针连线插头317连接后稳住弹簧卡扣33，使整个装置在推进和测量过程中不发生转动，有利于稳定性和精确性；在单孔连线插座31的外表面设有环形锁紧凹槽36，在单针连线插头317的下端部设有与环形锁紧凹槽36 相锲合的锁紧套环315；

所述的推进驱动装置由底座、万向球铰362、推进液压缸和推进杆替换连接室 323组成；推进液压缸经万向球铰362转动连接在底座上，推进杆替换连接室323与推进液压缸相连接；所述推进液压缸的活塞柱上设有推进端头328(见图4b)，推进端头328的内部设有中空的内凸柱330，内凸柱330的内部安装有导电圈327，内凸柱330的外侧壁上设有柱状凸起329，导电圈327与孔口杆体38上的单针连线插头 317中的第二导电插针313相配合，柱状凸起329与孔口端杆体上单针连线插头317 中的垂直滑轨相配合；所述推进杆替换连接室323(见图3a-图3b)是在推进杆的外表面套设有与推进液压缸相连接的圆柱筒体322，圆柱筒体322的下部侧壁上设有一开口324，管道穿设在开口324中；圆柱筒体322的内壁上还对称地设有多组夹具 325用于夹持推进杆，夹具325的夹臂外侧尖端设有可对接的半圆卡槽326，半圆卡槽326用于夹持管道，半圆卡槽326的开口大小可调；

本实用新型的推进驱动装置还包括固定阀361和活塞锁紧环360(见图2)，固定阀361安装在底座上，用于锁紧万向球铰362，万向球铰362上还设有角度尺；活塞锁紧环360用于锁紧最末端的杆体上的单针连线插头317和推进端头，本实用新型通过调节角度尺角度来控制万向球铰362转动方向，并用固定阀361锁紧限位。

所述的孔口支撑防护装置见图5，设置在推进杆替换连接室323的上方，用于对钻孔孔口处的杆体38进行夹持支撑，在孔口支撑防护装置的下方设置有压管装置，用于将管道压入到推进杆杆体38的开口槽39中；

进一步：孔口支撑防护装置包括固定在孔口位置处的固定架337、分级卡盘335、分级滑轨340和内径调节机构；所述的固定架337为圆形套环，圆形套环的内部中间位置处设有隔板336；在隔板336的上下两侧对称地安装有分级卡盘335，分级卡盘335的中心位置处还设有旋转限位环343，推进杆穿设在旋转限位环343中；在分级卡盘335(见图6)的直径线上对称地设置有分级滑轨340，分级滑轨340上设有分级卡柱334，分级卡柱334包括互相嵌套在一起的第一级卡柱333、第二级卡柱332 和第三级卡柱331，第一级至第三级卡柱均可沿相对应的分级滑轨340滑动；所述的内径调节机构包括调节限位槽341和调节螺钉342，调节限位槽341设置在相邻两个分级卡柱334之间，调节螺钉342设置在调节限位槽341中，用于调整旋转限位环 343的内径大小；上述分级卡盘335、旋转限位环343和分级卡柱334中均设有油路通道，且所述分级卡盘335上还设有进油口338和出油口339，所述进油口338和出油口339与油路通道相连通。

进一步：所述的压管装置见图7，包括固定杆346、金属套349、两个滑轮350 和弹簧压片353；所述的固定杆346固定在上述孔口支撑防护装置的下方；所述的金属套349分别经水平位移调节机构355和竖直位移调节机构356与上述固定杆346 相连接，通过两个调节机构分别调节金属套349水平左右移动和竖直上下移动；金属套349上对称地开设有两个开口滑槽351，开口滑槽351倾斜向外延伸；所述的两个滑轮350，一一对应地安装在开口滑槽351中，且滑轮350与杆体38的开口槽39 相对应，两个滑轮350之间还通过传递杆352相连接，要求滑轮350的轮缘处中间突出，其两侧边向内凹陷，有利于把油管压进推进杆321外侧壁的开口槽39中，防止偏差；所述的弹簧压片353，设置在每个滑轮350的两侧轴部，弹簧压片353用于受力后驱动滑轮350沿开口滑槽351滑动。

上述水平位移调节机构355优选结构是：包括竖向的调节滑块358、斜杆359和伸缩柱354，在压管系统的固定杆346上设有竖向滑槽347，斜杆359的一端经竖向调节滑块358与竖向滑槽347滑动连接，其另一端与伸缩柱354的中部相铰接，伸缩柱354的两端分别与固定杆346和压管系统的金属套349相连接，在竖向调节滑块358上还设有一解锁压板348，便于对竖向调节滑块358进行锁紧和解锁.

上述竖直位移调节机构356包括滑动轴承357，水平位移调节机构355的伸缩柱 354一端经滑动轴承357与固定杆的竖向滑槽347滑动连接。通过驱动滑动轴承357 沿竖向滑槽347滑动，即可调整滑轮350的竖向位置，使其适用于不同型号和位置的管道363压入。

本实用新型的控制系统5，一是控制旋转角度定位装置的驱动单元215进行精确旋转转动，并显示复测校准设备的显示单元复测的旋转角度；二是控制触探加载系统1对现场工程钻孔内岩体进行加载测试，获得不同岩性、不同钻孔深度岩体的荷载-位移曲线及数据；三是控制推进支撑系统将触探加载系统1与多点测试旋转定位系统2准确送入到钻孔中，实现不同钻孔深度岩体的加载测试；四是控制液压加载系统4对所有油路进行充油和回油，实现整个装置对钻孔内岩体的测试。

本实用新型钻孔内围岩力学参数原位测试综合试验装置的使用方法如下：

第一步，连接装置

第1.1步，固定推进支撑系统3，并使推进液压缸伸出端的推进端头328对准围岩钻孔；将固定阀361关闭，保证推进驱动装置稳定不动；并将推进杆替换连接室 323安装在液压缸活塞柱外露端内凸柱330上并锁紧；

第1.2步：固定孔口支撑防护装置和压管系统；即：将所述孔口支撑防护装置的液压分级卡盘335固定在固定架337的隔板336上下两端，并用螺栓锚固，同时，将压管系统固定在固定架337的下方；

第1.3步，孔口支撑防护装置组装完毕后，将其安装在推进支撑系统3的底座支架上，并通过升降支架将其传送到围岩钻孔口处，使其固定在钻孔口外壁；

第1.4步，将触探加载系统1与多点测试旋转定位系统2通过轴承连接在一起，使两者可以同步转动，并在轴承上端头安装钻孔电视成像系统，使触探加载系统1、多点测试旋转定位系统2和钻孔电视成像系统可以随着推进杆321移动；

第1.5步，将组装好的第一根推进杆321通过替换连接室323侧壁的圆柱筒体开口324安装在推进端头328，同时锁紧推进杆尾部，使其在推进过程中不发生旋转及晃动；

第1.6步，安装管道363；

将管道363通过推进杆替换连接室323侧壁的圆柱筒体开口324处深入与触探加载系统1的油路接口112相连，并于压力室117相通，调整夹具325尖端两侧对接的半圆卡槽326大小，使管道可以在其中自由拉动；

第二步，钻孔原位测试

第2.1步，打开推进液压缸，设置油压加载速率，使推进液压缸的活塞缓慢推出，同时，将推进杆321及与其连接的触探加载系统1以及多角度旋转复测系统2推升靠近钻孔口，在推进杆321端头的触探加载系统1与多角度旋转复测系统2完全通过孔口支撑防护装置进入钻孔口后，停止推进；

第2.2步，打开钻孔电视摄像头，通过摄像头开始记录钻孔内围岩的特征，调整压管系统的伸缩柱354，使滑轮350在弹簧压片353作用下将管道363压入到开口槽 39内，当推进杆321的尾部锁紧套环315靠近滑轮350时，停止推进；

第2.3步，打开分级卡盘335，控制上下两个分级卡盘的分级卡柱334收缩，将推进杆321夹紧，使其保持稳定；旋转推进液压缸的活塞锁紧环360，并打开推进液压缸的回油装置控制器，使推进端头328缓慢下移，并与推进杆321分离，当液压推进缸下移到初始位置后，关闭回油控制阀门；

第2.4步，再次安装推进杆321，并打开液压推进缸的进油阀门，使推进杆321 缓慢上升，当第二根推进杆321的单孔连线插座31插入到第一根推进杆321尾部的单针连线插头317上后，推进液压缸停止抬升，转动第二根推进杆321，使其与第一根推进杆321尾部锁紧套环315锲合并形成锁紧状态，最后，控制打开分级卡盘335 的分级卡柱334，使推进杆321在推进液压缸的提升下，逐渐进入钻孔深处；

第2.5步，重复操作直到触探加载系统1到达所需测量的钻孔围岩处，控制两个分级卡盘的分级卡柱334收缩，将推进杆321夹紧，通过控制触探加载系统1的驱动器17，使滑块19沿导轨18移动，打开触探加载系统1的保护挡板13，露出单点加载仪11和视频采集单元14，打开视频采集单元14的摄像装置，对需要加载测试的岩体进行观察，选取岩性完整区域用来加载，通过液压使单点加载仪11伸出并对需要测量的岩体进行加载测量，通过视频采集单元14对岩体在加载过程中的破坏过程和破坏形态进行记录并储存；

第2.6步，对选定的围岩区域测试完成后，将单点加载仪11缩回，并关闭保护挡板13，计算该钻孔内同一深度同一水平面内其他方位的围岩所要加载测试的点与初试测试点之间的夹角；

第2.7步，控制系统5按照计算的旋转角度调整驱动单元215进行旋转，驱动单元215带动传动单元212转动，使触探加载系统1转动至所需检测方位；

第2.8步，采集定位指针25和复测圆盘23的相对位置并反馈至控制系统5，控制系统5控制显示单元显示复测的旋转角度，对复测的旋转角度信息进行记录与储存；

第2.9步，重复触探加载系统1在加载过程中的操作，完成复测角度后围岩变形破坏时荷载及变形的测试试验，直至同一水平面内所需要不同角度位置处的围岩数据均被测试完成，继续增加推进杆探测深度，达到所需测试的深度，进行相关操作。

第三步，拆卸岩体力学参数钻孔原位测试装置

对同一钻孔不同深度围岩测试完成后，关闭触探加载系统1，打开推进液压缸的回油阀门，打开分级卡盘的分级卡柱334，使整体装置缓慢回落，并逐节拆卸推进杆 321，直至最后一节拆卸完毕，并将管道归整回收；

通过升降支架将孔口支撑防护装置降落至地面，并进行拆解；

打开推进支撑系统万向球铰362上的固定阀361，将推进液压缸调回至初始位置，同时，将底座拆卸放置至外部的储备箱中；

第四步，数据处理

导出加载过程中储存的荷载和位移数据，处理生成荷载-位移曲线；通过公式换算，将荷载-位移曲线转换成应力-应变曲线，获取峰值强度及对应的应变值，同时通过相应的公式求出岩体的其他力学参数。