專利名稱：深鉆孔巖體變形測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及巖體工程測試技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種深鉆孔巖體變形特 性試驗測試裝置。適用于不同鉆孔孔徑(①75咖、0>91咖、①110,)巖體，以 及不同巖性(軟巖和硬巖)巖體的變形模量和彈性模量的測試。
背景技術(shù)：
巖體的彈性模量(變形模量)是巖體工程設(shè)計的重要參數(shù)。目前，國際上普遍 采用的工程巖體彈性模量測試方法總體上可以歸納為動力法和靜力法兩大類。動 力法主要是通過研究地震波或聲波在巖體中的傳播規(guī)律來建立運動參數(shù)與巖體 彈性模量的關(guān)系。這種測試方法具有測量迅速、耗資少、便于大范圍、大規(guī)模測 量等優(yōu)點，但是，該方法給出的是巖體動態(tài)彈性模量值，往往高于巖體的實際靜 態(tài)彈性模量值，不能直接供工程設(shè)計使用。鑒于這一問題，研究人員也進行了一 系列研究工作，致力于分析巖體動、靜彈性模量測試結(jié)果的相關(guān)關(guān)系，但迄今為 止尚無合理的、為大家所公認計算公式或表示相關(guān)關(guān)系圖表。
靜力法是通過量測巖體在靜荷載作用下的巖體變形，然后用彈性力學(xué)公式 推算巖體的彈性模量變形指標，是工程設(shè)計中應(yīng)用較多的方法。大致可分為剛性 承壓板法、水壓試洞法以及鉆孔試驗法三類。
剛性承壓板法一般只能測量地表或洞壁附近處的巖體彈模值，若需了解深 部巖體的彈模，則需開挖巷道至被測位置方可。試驗過程中，特別是在高應(yīng)力地 區(qū)，由于試驗區(qū)表層巖體的松動，試驗得到的彈性模量內(nèi)均含有松動層的影響，其測試結(jié)果一般比巖體的真實彈性模量值低。另外，相對而言，水壓試洞法試驗 過程比較復(fù)雜、費用高，在工程應(yīng)用較少。
鉆孔試驗法無需開挖巷道，而是通過勘探鉆孔將測試探頭送至被測位置。 這種試驗方法不僅可減少開挖巷道和制備試件時對巖體的破壞及暴露面的松弛 影響，測試結(jié)果更可靠；同時試驗周期短、耗資少，也便于在復(fù)雜巖層中不同位 置、不同方向上作大量測試，其測試結(jié)果更具有區(qū)域統(tǒng)計代表性，因此，該方法 在水電、核電工程中得到應(yīng)用。
目前國內(nèi)外鉆孔試驗法按加壓板的剛度可分為柔性和剛性加壓法。柔性鉆孔
巖體變形測試儀，測試過程中，不直接量測鉆孔孔壁變形而是通過量測膠囊的體
積變化來確定巖體的變形，提供的測試結(jié)果為測試段(等于膠囊長度)巖體的平均
模量。但是，由于在試驗過程中，在膠囊均勻壓力作用下，孔壁變形并不是沿著
孔徑方向平均分布，而是為曲面分布(中間大、兩頭小)，通過膠囊的體積變化量
測得到的試驗段巖體變形沒有反映巖體的最大變形能力，因此，試驗結(jié)果往往偏
大，必須經(jīng)過一定的修正，但是修IH系數(shù)往往受鉆孔直徑以及巖性等因素影響而
難以確定。同時，柔性鉆孔巖體變形測試儀在試驗結(jié)果中消除了管路以及壓力泵
系統(tǒng)的寄生膨脹量，但不能消除膨脹囊在加壓過程中的壓縮變形量，其測試結(jié)果
中包含了膨脹膠囊壓縮變形量，在一定程度上影響了測試結(jié)果的準確性。另外，
對于各向異性明顯的巖體，當(dāng)需要了解巖體各個不同方向的彈性模量時，該儀器
顯然不能適用。
目前國外剛性鉆孔巖體變形測試儀不能滿足要求主要表現(xiàn)在以下幾個方面 (1)測試結(jié)果存在較大誤差，需要根據(jù)對比試驗成果和數(shù)值分析對測試結(jié)果進 行修正；(2)鉆孔孔壁不可能與鉆孔巖體變形測試儀剛性承壓板完全耦合(承壓 板為固定接觸角度900),使得巖體受力不均勻，在受力面存在局部應(yīng)力集中；(3) 試驗過程中承壓塊產(chǎn)生縱向彎曲；(4)位移傳感器安裝在兩端，位移傳感器得到 的巖體變形明顯偏小，影響試驗結(jié)果；(5)在剛性鉆孔巖體變形測試儀中無測力 傳感器，不能消除消除了壓力換算及管路損失對測試結(jié)果的影響，以及活塞摩擦引起的誤差。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是在于提供了一種深鉆孔巖體變形測試儀，該測試裝置具 有測試精度高，鉆孔孔壁耦合性好，對鉆孔孔徑的適應(yīng)性強，并且可以直接測量 作用在鉆孔孔壁上的壓力，結(jié)構(gòu)簡單，操作簡單，測試穩(wěn)定，數(shù)據(jù)準確。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)措施
該深鉆孔巖體變形測試儀由手動液壓泵、精密壓力表、高壓進程油管、高壓 回程油管、多芯測量電纜、防渣器、鉆孔巖體變形測試儀、位移傳感器、測力傳 感器、運算放大器、數(shù)字讀數(shù)儀組成。其特征在于液壓油泵分別與液壓油箱、 高壓油管連接，三通分別與高壓油管、精密壓力表、高壓進程油管連接，高壓進 程油管與鉆孔掩體變形測試儀中的進程活塞油路接口連接，進程活塞油路接口與 進程油路孔相通，進程油路孔與活塞油缸底部相通；高壓回程油管分別與液壓油 箱、回程活塞油路接口連接，回程活塞油路接口與回程油路孔相通，回程油路孔 與回程活塞油腔相通；剛度加強承壓板用螺栓與雙向活塞連接，剛度加強承壓板 與雙向活塞之間是平衡球面；單向活塞中放置油測量傳感器(由彈性體及應(yīng)變計 組成)，彈性體與剛度加強承壓板之間是平衡球面；可拆卸主動剛性承壓板與剛 度加強承壓板用螺栓連接；可拆卸被動剛性承壓板與鉆孔巖體變形測試儀鋼體用 螺栓連接；位移傳感器用絲扣與鉆孔巖體變形測試儀鋼體連接；位移傳感器的鐵 芯用螺栓與剛度加強承壓板連接，還可以將位移傳感器的磁針用螺栓與剛度加強
承壓板連接。O形密封圈放進雙向活塞密封圈槽中，帶有O形圈的雙向活塞放 進工作油缸中，O形密封圈將油缸分層兩部分即工作油缸和回程油缸；回程油缸 底蓋用絲扣與鉆孔巖體變形測試儀鋼體連接，O形密封圈對雙向活塞、回程活塞 底蓋進行密封、O形密封圈對鉆孔巖體變形測試儀鋼體、回程活塞底蓋進行密封;回程油缸分別與回程油路孔、回程油路接口、高壓回程油管、油箱相通；工作油 缸分別與進程油路孔、進程油路接口、高壓回程油管、三通、高壓油管、液壓油 泵、油箱相通。兩路高壓油管分別為加載進程油管、回程油管，加載進程油管與 鉆孔巖體變形測試儀的進程活塞油路接口相連接，回程油管與鉆孔巖體變形測試 儀的回程活塞油路接口相連接；測量電纜與鉆孔巖體變形測試儀、數(shù)字讀數(shù)儀相 連接。鉆孔巖體變形測試儀由四個活塞(其中兩端的活塞為雙向活塞即伸出和收 回)、三個位移傳感器、兩個測力傳感器、可拆卸主動剛性承壓板、可拆卸被動 剛性承壓板、防護筒以及電路保護筒組成。
深鉆孔巖體變形測試過程手動油泵施加的液壓通過進程高壓油管對鉆孔 巖體變形測試儀的進程活塞進行加壓，鉆孔巖體變形測試儀的進程活塞在液壓的 作用下，對鉆孔巖體變形測試儀的主動剛性承壓板施加工作載荷，鉆孔巖體變形 測試儀的可拆卸主、被動剛性承壓板在工作載荷的作用下，對鉆孔巖壁施加載荷。 對孔壁巖體施加的載荷一般情況按最大載荷力等分7 8級；加壓方式采用逐級 一次循環(huán)法或大循環(huán)法；采用大循環(huán)法時，每級載荷加壓或卸壓時變形數(shù)值穩(wěn)定 后讀數(shù)，讀完數(shù)后施加或卸至下一級壓力；每一循環(huán)卸壓時，最低壓力應(yīng)退至初 始壓力；試驗點完成后，將鉆孔巖體變形測試儀壓回至最小尺寸，移至下一個試 驗點。根據(jù)巖體的變形及施加載荷的大小，可以計算出巖體的模量值。
巖體的變形測量位移傳感器的磁針與可剛性加強承壓板相連，位移傳感 器線圈部分與鉆孔巖體變形儀的鋼體相連。當(dāng)可拆卸主、被動剛性承壓板對孔壁 施加載荷時，孔壁巖體產(chǎn)生變形，可拆卸主動剛性承壓板同時帶動位移傳感器磁 針移動，巖體的變形由位移傳感器轉(zhuǎn)換為電壓信號，通過測量電纜傳至地面，由 數(shù)字讀數(shù)儀讀出位移值的大小。
施加載荷的測量測力傳感器位安裝在出力活塞與剛性加強承壓板之間，活塞的出力是通過測力傳感器傳遞到剛性加強承壓板。測力傳感器的彈性體受力 后產(chǎn)生變形，測力傳感器彈性體的變形與受力的大小成線性關(guān)系，將測力傳感器 彈性體的變形轉(zhuǎn)換成電壓信號，電壓信號經(jīng)過放大處理后，通過測量電纜傳至地 面，由數(shù)字讀數(shù)儀讀出施加載荷值的大小。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果
(1) 采用30°、 45。兩種接觸角度的可拆卸剛性承壓板，剛性承壓板的曲率半徑、
接觸角大小和材料可根據(jù)工程巖體特征選擇，使得使承壓塊盡可能與鉆孔 巖體耦合，同時采用小接觸角，剛性承壓板接觸壓力更大，鉆孔彈模試驗
系統(tǒng)出力更大，最大試驗壓力可以達到70MPa;
(2) 鉆孔巖體變形測試儀活塞與剛性承壓板接觸采用球面連接，這是本實用新 型鉆孔巖體變形測試儀的最為獨特的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使承壓塊與孔壁耦合 更好、作用在孔壁上的壓力更加均勻；
(3) 鉆孔巖體變形測試儀采用四個活塞加載，其中兩端的兩個活塞為雙向活塞 (主動加載板的加載活塞，主動加載板的收回活塞)，鉆孔巖體變形測試儀的 結(jié)構(gòu)更加緊湊；
(4) 在鉆孔巖體變形測試儀中間的兩個活塞上安裝荷載傳感器，直接測量出力， 消除了壓力換算及管路損失對測試結(jié)果的影響；
(5) 位移傳感器安裝在中部，接近于最大位移部位，可以消除剛性承壓板縱向 彎曲引起的位移測量誤差；
(6) 位移傳感器、荷載傳感器擬采用一臺讀數(shù)儀進行讀數(shù)，操作更簡單；
(7) 測試結(jié)果不需要進行修正，測定值Ecale等于真實值Etrue 。
本實用新型的深部巖體模量試驗裝置的技術(shù)性能指標如下-今BJE76鉆孔巖體變形測試儀
(1) 外型尺寸(mm): (D74x700;
(2) 位移計量程(mm): 8;
(3) 位移計分辨率不低于0.001mm;
(4) 位移計的線性度0.5%FS;(5) 壓力計量程(MPa): 0 70;
(6) 壓力計分辨率0.02M。 今BJE91鉆孔巖體變形測試儀
(1) 外型尺寸(mm):暢x760;
(2) 位移計量程(mm): 8;
(3) 位移計分辨率不低于0.001mm;
(4) 位移計的線性度0.5%FS;
(5) 壓力計量程(MPa): 0 70;
(6) 壓力計分辨率0.02MPa。 令BJE110鉆孔巖體變形測試儀
(1) 外型尺寸(mm): 0)108x910;
(2) 位移計量程(mm): 8;
(3) 位移計分辨率不低于0.001mm;
(4) 位移計的線性度0.5%FS;
(5) 壓力計量程(MPa): 0 70;
(6) 壓力計分辨率0.02MPa。
今前置放大器主要技術(shù)參數(shù)(室內(nèi)試驗得出的測試數(shù)據(jù))
(1) 負載電流《2mA，最大輸出電壓為"00nw;
(2) 配套測力傳感器內(nèi)阻^240 Q ;
(3) 放大器線性長期穩(wěn)定性為0.1%;
(4) 通頻帶0 10KHz (滿輸出時3dB帶寬)最小分辯電壓及噪聲< 5"v;
(5) 工作溫度(TC + 5(TC溫度補償范圍；
(6) 零點溫度漂移0.9"V廠C;
(7) 零點時間漂移9yv/8小時。


圖1為一種鉆孔巖體變形測試儀進程結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為一種鉆孔巖體變形測試儀回程結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為一種鉆孔巖體變形測試儀結(jié)構(gòu)示意圖4為一種雙向活塞A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖
圖5為一種單向活塞B-B剖面結(jié)構(gòu)示意圖
圖6為一種鉆孔巖體變形測試儀測力傳感器電路示意圖。
具體實施方式
根據(jù)圖l、圖2、圖3可知液壓油泵2分別與液壓油箱1、高壓油管3連接， 通過手柄53拉壓液壓油泵2提供液壓；高壓油管3與三通4連接；三通4分別 與高壓油管3、精密壓力表5、進程高壓油管6連接，精密壓力表監(jiān)控所施加的 液壓；進程高壓油管6與鉆孔巖體變形測試儀8中的進程活塞油路接口 17連接， 鉆孔巖體變形測試儀8通過安裝桿19 (控制鉆孔變形測試儀的測量深度)放入 鉆孔54預(yù)定深度，安裝桿19固定在提升設(shè)備(圖上省略)上，在液壓的作用下 鉆孔巖體變形測試儀8開始工作；高壓回程油管7分別與液壓油箱1、鉆孔巖體 變形測試儀8中的回程活塞油路接口 18連接，進程活塞工作時，回程活塞中的 液壓油通過高壓油管7回到液壓油箱1;當(dāng)測試工作完成后，鉆孔巖體變形測試 儀8要恢復(fù)原狀時，將高壓回程油管7從油箱接口 1卸下后與三通4連接；將高 壓進程油管6從三通4卸下后與液壓油箱1連接；回程活塞工作時，進程活塞中 的液壓油通過高壓進程油管回到液壓油箱1 ，鉆孔巖體變形測試儀8逐漸復(fù)原狀; 測量電纜9分別與鉆孔巖體變形測試儀8中的測量電纜插接口 20、數(shù)字讀數(shù)儀 10連接，測量電纜插接口 20的測量線埋設(shè)在線槽35中，并預(yù)位移傳感器放大 器21和測力傳感器放大器32連接，數(shù)字讀數(shù)儀通過測量電纜向鉆孔巖體變形測 試儀8中的位移傳感器、測力傳感器提供直流電源；位移傳感器、測力傳感器的輸出信號通過測量電纜傳到數(shù)字讀數(shù)儀10，通過數(shù)字讀數(shù)儀的切換開關(guān)分別讀 出位移傳感器、測力傳感器輸出信號的量值。
根據(jù)圖3可知，鉆孔巖體變形測試儀8由以下幾大部分組成鉆孔巖體變形
測試儀鋼體12、雙向活塞13a、 13b、單向活塞15a、 15b、剛性加強承壓板28、 可拆卸主動剛性承壓板ll、可拆卸被動剛性承壓板27、測力傳感器14a、 14b、 位移傳感器16a、 16b、 16c及位移傳感器鐵芯24a、 24b、 24c、位移傳感器放大 器21a、 21b、測力傳感器放大器32、防渣保護筒33、放大器防護罩、連接螺桿 26、 O形密封圈(材料為橡膠)25a、 25b、 25c、 25d、 38a、 38b、 38c、 38d、 39a、 39b、 39c、 39d、 40a、 40b 、 40c、 40d。
結(jié)合圖3、圖4、圖5其連接和結(jié)構(gòu)關(guān)系如下0形密封圈39a、 39b、 39c、 39d放進雙向活塞13a、 13b密封圈槽中密封，帶有O形圈的雙向活塞13a、 13b 放進油缸31a、 31d中，O形密封圈39a、 39b、 39c、 39d將油缸31a、 31d分成 兩部分，即工作油缸31a、 31d和回程活塞油腔30a、 30b (同一回程油腔)、30c、 30d (同一回程油腔)，回程活塞底蓋29a、 2% (同一元件)、29c、 29d (同一元 件)用絲扣與鉆孔巖體變形測試儀鋼體12連接(放進O形密封圈39a、 39b、 39c、 39d后的雙向活塞13a、 13b分別放進雙向工作油缸31a、 31d、 O形密封圈39a、 3%、 39c、 39d對雙向活塞的進程和回程工作油缸進行密封，0形密封圈25a、 25b、 25c、 25d、 0形密封圈38a、 38b、 38c、 38d放進回程活塞底蓋29a、 29b、 29c、 29dO形密封圈槽中密封，放進0形密封圈后的回程活塞底蓋29a、 29b、 29c、 29d套進雙向活塞13a、 13b、回程活塞底蓋29a、 29b、 29c、 29d的絲扣旋 進鉆孔巖體變形測試儀鋼體12中，0形密封圈25a、 25b、 25c、 25d對雙向活塞 13a、 13b、回程活塞底蓋29a、 2%、 29c、 29d進行密封，O形密封圈38a、 38b、 38c、 38d對鉆孔巖體變形測試儀鋼體12、回程活塞底蓋29a、 29b、 29c、 29d進行密封；回程活塞油腔30a、 30b、 30c、 30d分別與回程油路孔36、回程油路接 口 18、高壓回程油管7、油箱1相通，工作油缸31a、 31b、 31c、 31d分別與進 程油路孔37、進程油路接口 17、高壓進程油管6、三通4、高壓油管3、液壓油 泵2、油箱1相通。單向活塞15a、 15b放進工作油缸31b、 31c，測力傳感器放 進單向活塞15a、 15b，測力傳感器由應(yīng)變計22a、 22b、 22c、 22d包括應(yīng)變片電 阻R6、 R7、 R8、 R9(由圖6可知)和彈性體14a、 14b組成，應(yīng)變計22a、 22b、 22c、 22d粘貼在彈性體14a、 14b上、應(yīng)變計22a、 22b、 22c、 22d粘貼好后接出引線、 并用環(huán)氧樹脂對其進行密封，彈性體14a、 14b粘貼好應(yīng)變計22a、 22b、 22c、 22d 后放進單向活塞15a、 15b中，并對準定位槽，對彈性體14a、 14b與單向活塞 15a、 15b中的縫隙用膠進行再次密封。密封膠固化后，單向活塞15a、 15b中帶 有測力傳感器。對帶有測力傳感器單向活塞15a、 15b進行室內(nèi)標定，檢驗壓力 傳感器是否合格，并標定出測力傳感器加壓和卸壓時的線性度和靈敏系數(shù)。O形 密封圈40a、 40b、 40c、 40d放進帶有測力傳感器單向活塞15a、 15b密封圈槽中， 并將標定好后的帶有測力傳感器單向活塞15a、 15b裝進工作油缸31b、 31c中， O形密封圈40a、 40b、 40c、 40d對鉆孔巖體變形測試儀鋼體12、單向活塞15a、 15b進行密封；布線槽35分別與測量電纜插接口 20、位移傳感器放大器21a、 21b、測力傳感器放大器32相通；測力傳感器的引線經(jīng)過鉆孔巖體變形測試儀鋼 體12的布線槽35，與測力傳感器的放大器32連接，將測力傳感器的測量信號 進行放大處理，經(jīng)過測量電纜9傳至數(shù)字讀數(shù)儀10;位移傳感器16a、 16b、 16c 的螺扣旋進鉆孔巖體變形測試儀鋼體12中，位移傳感器16a、 16b、 16c的信號 線經(jīng)過鉆孔巖體變形測試儀鋼體的布線槽35，與傳感器放大器21a、 21b相連接， 位移信號經(jīng)過放大處理，經(jīng)過測量電纜9傳至數(shù)字讀數(shù)儀10，位移傳感器鐵芯 24a、 24b、 24c用螺栓與剛度加強承壓板28相連接，位移傳感器鐵芯24a、 24b、24c固定到剛度加強承壓板28上后，并插進位移傳感器16a、 16b、 16c中，剛度 加強承壓板28在工作時，帶動位移傳感器鐵芯24a、 24b、 24c移動，鐵芯24a、 24b、 24c在位移傳感器中移動后，位移傳感器16a、 16b、 16c中的電壓產(chǎn)生變化， 位移傳感器16a、 16b、 16c中的電壓產(chǎn)生變化與鐵芯24a、 24b、 24c的位移在一 定范圍內(nèi)成線性關(guān)系；雙向活塞13a、 13b、單向活塞15a、 15b的上端面均為球 面，在剛度加強承壓板28用緊固螺栓26與雙向活塞13a、 13b連接之前，在雙 向活塞13a、 13b、單向活塞15a、 15b的上端面放進平衡球面23a、 23b、 23c、 23d (平衡球面可以保持剛度加強承壓板28與雙向活塞13a、 13b，單向活塞15a、 15b接觸面不變，減小活塞與活塞油缸壁的摩擦阻力)，放好平衡球面23a、 23b、 23c、 23d后，將剛度加強承壓板28用緊固螺栓26與雙向活塞13a、 13b連接； 可拆卸主動剛性承壓板11用螺栓26與剛度加強承壓板28連接；可拆卸被動剛 性承壓板27用螺栓26與鉆孔巖體變形測試儀鋼體12連接；為適應(yīng)不同強度的 巖體，可拆卸主動剛性承壓板11，可拆卸被動剛性承壓板27有兩種接觸角度(硬 巖用30G板、較軟巖用45Q板)；為適應(yīng)不同尺寸的鉆孔，可拆卸主動剛性承壓板 11，可拆卸被動剛性承壓板27做成不同厚度承壓板(接觸角度均為3(^板或45G 板)；高壓進程油管6與進程活塞油路接口 17連接，進程活塞油路接口17與進 程油路孔37相通，進程油路孔37與工作油缸31a、 31b、 31c、 31d底部相通； 高壓進程油管7與回程活塞油路接口 18連接，回程活塞油路接口 18與油路孔 36相通，油路孔36與回程活塞油腔30a、 30b、 30c、 30d上部相通；測量電纜9 與測量電纜插接口 20連接，測量電纜9中電源線和測量信號線經(jīng)過鉆孔巖體變 形測試儀鋼體的布線槽35與測力傳感器放大器32、位移傳感器放大器21a、 21b 連接；防鉆孔壁掉塊保護筒33用絲扣與鉆孔巖體變形測試儀鋼體12連接；放大 器保護罩34用絲扣與鉆孔巖體變形測試儀鋼體12連接。根據(jù)圖l、圖2、圖3、圖4、圖5可知，液壓油泵2中的高壓液體經(jīng)過高 壓油管3、三通4、高壓進程油管6、進程活塞油路接口 17、油路孔37進入工作 油缸31a、 31b、 31c、 31d，高壓液體將O形密封圈39a、 39b、 39c、 39d、 40a、 40b、 40c、 40d壓縮產(chǎn)生變形，對雙向活塞13a、 13b、單向活塞15a、 15b及活 塞油缸進行密封、防止高壓液體外瀉，高壓液體推動雙向活塞13a、 13b、單向 活塞15a、 15b向外伸出(彈性體14a、 14b在單向活塞15a、 15b及剛度加強承 壓板28在力的作用下產(chǎn)生壓縮變形，應(yīng)變計22a、 22b、 22c、 22d就可以測量出 彈性體14a、 14b變形量的大小即活塞出力的大小)，帶動剛度加強承壓板28及 可拆卸主動剛性承壓板11伸出鉆孔巖體變形測試儀鋼體12(剛度加強承壓板28 伸出時將帶動傳感器磁針移動，磁針移動就可以測量剛度加強承壓板28伸出位 移的大小)，將可拆卸主動剛性承壓板11、可拆卸被動剛性承壓板27推向鉆孔 壁，使可拆卸主動剛性承壓板11、可拆卸被動剛性承壓板27與鉆孔壁緊密耦合， 位移傳感器16a、 16b、 16c分別裝在雙向活塞Ha與單向活塞15a、單向活塞15a 與單向活塞15b、單向活塞15b與雙向活塞13b之間，用絲扣固定在鉆孔巖體變 形測試儀鋼體12上；位移傳感器鐵芯24a、 24b、 24c用螺栓固定在剛度加強承 壓板28上，位移傳感器16a、 16b、 16c信號線與位移傳感器放大器21a、 21b連 接，位移傳感器放大器21a、 21b的電源線、信號輸出線與測電電纜9連接，測 電電纜9與數(shù)字讀數(shù)儀10連接。在工作壓力的作用下，位移傳感器16a、 16b、 16c測量鉆孔壁巖體產(chǎn)生變形，測量傳感器14a、 14b測量作用在鉆孔壁巖體上 的工作壓力，得到了巖體的變形與工作壓力之間的關(guān)系，就可以計算巖體模量值; 雙向活塞13a、 13b、單向活塞15a、 15b在向外伸出時，回程活塞油腔30a、 30b、 30c、 30d中的液體將O形密封圈25a、 25b、 25c、 25d、 O形密封圈38a、 38b、 38c、 38d壓縮產(chǎn)生變形，分別對雙向活塞13a、 13b與回程活塞底蓋29a、 29b、29c、 29d、回程活塞底蓋29a、 29b、 29c、 29d與鉆孔巖體變形測試儀鋼體8進 行密封、防止高壓液體外瀉，回程活塞油腔30a、 30b、 30c、 30d中的液體經(jīng)過 回程油路孔36、回程活塞油路接口18、高壓回程油管7、回到油箱l;若將剛度 加強承壓板28及可拆卸主動剛性承壓板11收回復(fù)原，其過程是液壓油泵2中 的高壓液體經(jīng)過高壓油管3、三通4、高壓回程油管7、進程活塞油路接口 18、 油路孔36進入回程活塞油腔30a、 30b、 30c、 30d,高壓液體推動雙向活塞13a、 13b向內(nèi)縮回，帶動剛度加強承壓板28及可拆卸主動剛性承壓板11縮回到鉆孔 巖體變形測試儀鋼體12內(nèi)，同時剛度加強承壓板28將單向活塞15a、 15b壓回 到油缸31內(nèi)；此過程中O形密封圈25a、 25b、 25c、 25d、 38a、 38b、 38c、 38d、 39a、 39b、 39c、 39d、 40a、 40b、 40c、 40d的作用與進程的作用相同;雙向活塞 13a、 13b在收回過程中，進程活塞油缸31a、 31b、 31c、 31d中的液體經(jīng)過回程 油路孔37、回程活塞油路接口17、高壓回程油管6、回到油箱l。
根據(jù)圖6可知，數(shù)字讀數(shù)儀10的電源正極分別與測量傳感器組成的應(yīng)變計 22a、 22b、 '22c、 22d的引線41、 50、運算放大器49電源正極、平衡調(diào)節(jié)器52 的第一電阻l連接；數(shù)字讀數(shù)儀10的電源負極分別與測力傳感器應(yīng)變計22a、 22b、 22c、 22d的引線42、 51、運算放大器49電源負極、平衡調(diào)節(jié)器52的第五 電阻Rs連接；電源接地44與測力傳感器的平衡調(diào)節(jié)器52接地引線45連接。應(yīng) 變計22a、 22b、 22c、 22d的引線46與運算放大器49信號正極連接，應(yīng)變計22a、 22b、 22c、 22d的引線47分別與運算放大器49信號負極連接，平衡調(diào)節(jié)器52 中的可變電阻R2旋鈕48引線連接。測力傳感器應(yīng)變計22a、 22b、 22c、 22d由電 阻Rs、電阻R7、電阻Rii、電阻R"個電阻應(yīng)變片組成帶有溫度補償功能的全橋電 路；電阻IU分別與電阻R7、電阻R"引線50、引線47連接，電阻R7分別與電 阻Rs、電阻Rs、引線47、引線51連接，電阻IU分別與電阻R9、電阻R7、弓l線46、引線51連接，電阻IU分別與電阻R6、電阻Rs、引線50、引線46連接；平 衡調(diào)節(jié)器52由電阻l、電阻ib、電阻R3、電阻IU、電阻Rs5個電阻組成；電阻 !U分別與電阻R2、電阻R3、電源正極、引線41，電阻R2分別與電阻Rh電阻R3、 電阻R"電阻Rs、旋鈕48引線連接，電阻R3分別與電阻Rh電阻R"電阻R" 接地引線45連接，電阻IU分別與電阻R2、電阻R5、接地引線45連接，電阻R5 分別與電阻R2、電阻1U、電源負極引線42連接；由于測力傳感器應(yīng)變計進行溫 度補償，輸出有初始不平衡，調(diào)節(jié)R2電位器上的旋鈕48，就可以調(diào)節(jié)輸出初始 不平衡。
權(quán)利要求1、一種深鉆孔巖體變形測試儀，包括液壓油泵(2)、精密壓力表(5)、高壓進程油管(6)、高壓回程油管(7)、多芯測量電纜(9)、鉆孔巖體變形測試儀(8)、位移傳感器(16a)、(16b)、(16c)、測力傳感器(14a)、(14b)、運算放大器(49)、數(shù)字讀數(shù)儀(10)，其特征在于液壓油泵(2)分別與液壓油箱(1)、高壓油管(3)連接，三通(4)分別與高壓油管(3)、精密壓力表(5)、高壓進程油管(6)連接，高壓進程油管(6)與鉆孔巖體變形測試儀(8)中的進程活塞油路接口(17)連接，進程活塞油路接口(17)與進程油路孔(37)相通，進程油路孔(37)與活塞油缸(31a)、(31b)、(31c)、(31d)底部相通；高壓回程油管(7)分別與液壓油箱(1)、回程活塞油路接口(18)連接，回程活塞油路接口(18)與回程油路孔(36)相通，回程油路孔(36)與回程活塞油腔(30a、30b)、(30c、30d)相通；剛度加強承壓板(28)用螺栓(26)與雙向活塞(13a)、(13b)連接，剛度加強承壓板(28)與雙向活塞(13a)、(13b)與之間是平衡球面(23a)、(23d)；單向活塞(15a)、(15b)中放置油測量傳感器，彈性體(14a)、(14b)與剛度加強承壓板(28)之間是平衡球面(23b)、(23c)；主動承壓板(11)與剛度加強承壓板(28)用螺栓(26)連接；被動承壓板(27)與鋼體(12)用螺栓26連接；位移傳感器(16a)、(16b)、(16c)用絲扣與鋼體(12)連接；位移傳感器的鐵芯(24a)、(24b)、(24c)用螺栓與剛度加強承壓板(28)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深鉆孔巖體變形測試儀，其特征在于鉆孔 巖體測試儀(8)包括鋼體(12)、雙向活塞(13a)、 (13b)、單向活塞(15a)、(15b)、剛性加強承壓板(28)、主動承壓板(11)、被動承壓板(27)、測力傳 感器(14a)、 (14b)、位移傳感器(16a)、 (16b)、 (16c)， O形密封圈(39a、 39b、39c、 39d)放進雙向活塞(13a)、 (13b)密封圈槽中密封，帶有O形圈的雙向活 塞(13a)、 (13b)放進油缸(31a)、 Glb)中，O形密封圈(39a、 39b)、 (39c、 39d) 將油缸分(31a)、 Glb)成兩部分即工作油缸Gla)、 Old)和回程活塞油腔(30a、 30b、 30c、 30d);回程活塞底蓋(29a、 29b)、 (29c、 29d)用絲扣與鋼體(12) 連接，O形密封圈(25a、 25b)、 (25c、 25d)對雙向活塞(13a)、 (13b)、回程活 塞底蓋(29a、 29b)、 (29c、 29d)進行密封，O形密封圈(38a、 38b)、 (38c、 38d) 對鉆孔巖體變形測試儀鋼體(12)、回程活塞底蓋(29a、 29b)、 (29c、 29d)進行 密封；回程活塞油腔(30a、 30b)、 (30c、 30d)分別與回程油路孔(36)、回程 油路接口 (18)、高壓回程油管(7)、油箱(1)相通；工作油缸Gla)、 Glb)、 Glc)、 Old)分別與進程油路孔(37)、進程油路接口 (17)、高壓進程油管(6)、 三通(4)、高壓油管(3)、液壓油泵(2)、油箱(1)相通。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深鉆孔巖體變形測試儀，其特征在于測力 傳感器由應(yīng)變計(22a、 22b、 22c、 22d)包括應(yīng)變片(R6、 R7、 R8、 R9)和彈 性體(14a)、 (14b)組成，應(yīng)變計(22a、 22b)、 (22c、 22d)粘貼在彈性體(14a)、(14b)上、應(yīng)變計(22a、 22b)、 (22c、 22d)粘貼后接出引線、用環(huán)氧樹脂對 其進行密封，彈性體(14a)、 (14b)粘貼應(yīng)變計(22a、 22b)、 (22c、 22d)后放 進單向活塞(15a)、 (15b)中，對彈性體(14a)、 (14b)與單向活塞(15a)、 (15b) 中的縫隙用硅膠進行密封；測力傳感器的引線經(jīng)過鋼體(12)的布線槽(35)與 測力傳感器的放大器(32)連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深鉆孔巖體變形測試儀，其特征在于可拆卸 主動剛性承壓板(11)、可拆卸被動剛性承壓板(27)的接觸角度為30?；?5、
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深鉆孔巖體變形測試儀，其特征在于位移 傳感器(16a)、 (16b)、 (16c)分別裝在雙向活塞(13a)與單向活塞(15a)、單向活塞(15a)與單向活塞(15b)、單向活塞(15b)與雙向活塞(13b)之間， 用絲扣固定在鋼體(12)上；位移傳感器鐵芯(24a)、 (24b)、 (24c)用螺栓固 定在剛度加強承壓板(28)上；位移傳感器(16a)、 (16b)、 (16c)信號線與位 移傳感器放大器(21a)、 (21b)連接，位移傳感器放大器(21a)、 (21b)的電源 線、信號輸出線與測量電纜(9)連接，測量電纜(9)與數(shù)字讀數(shù)儀(10)連接。
6、根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的一種深鉆孔巖體變形測試儀，其特征在于 數(shù)字讀數(shù)儀(10)的電源正極(41)分別與應(yīng)變計(22a、 22b)、 (22c、 22d)的 引線(41、 50)、運算放大器(49)電源正極、平衡調(diào)節(jié)器(52)的第一電阻(R!) 連接，數(shù)字讀數(shù)儀(10)的電源負極分別與應(yīng)變計(22a、 22b)、 (22c、 22d)的 引線(42、 51)、運算放大器(49)電源負極、平衡調(diào)節(jié)器(52)的第五電阻(R5 ) 連接，電源接地(44)與平衡調(diào)節(jié)器(52)引線(45)連接，應(yīng)變計(22a、 22b)、(22c、 22d)的引線(46)與運算放大器(49)信號正極連接，應(yīng)變計(22a、 22b)、 (22c、 22d)的引線(47)與運算放大器(49)信號負極連接，平衡調(diào)節(jié) 器(52)中的第二電阻(R2)旋鈕(48)引線連接，平衡調(diào)節(jié)器(52)由第一電阻(R。、 第二電阻(R2)、第三電阻(fc)、第四電阻(R4)、第五電阻(Rs)組成。
專利摘要本實用新型公開了一種深鉆孔巖體變形測試儀，手動液壓泵與壓力表、高壓油管相連；兩路高壓油管分別為加載進程油管、回程油管，加載進程油管與鉆孔巖體變形測試儀的進程活塞接口相連，回程油管與鉆孔巖體變形測試儀的回程活塞接口相連；測量電纜與鉆孔巖體變形測試儀、數(shù)字讀數(shù)儀相連。鉆孔巖體變形測試儀由四個活塞、三個位移傳感器、位移傳感器放大器、兩個測力傳感器、測力傳感器放大器、可拆卸主動剛性承壓板、可拆卸被動剛性承壓板、防護筒以及電路保護筒組成；該儀測試精度高，與鉆孔孔壁耦合性好，對鉆孔孔徑的適應(yīng)性強，該儀直接測試深部巖體的變形模量值和彈性模量值，結(jié)構(gòu)簡單，操作簡單，測試穩(wěn)定，數(shù)據(jù)準確。
文檔編號G01B7/16GK201133883SQ20072008819
公開日2008年10月15日 申請日期2007年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月14日
發(fā)明者劉亞群, 周青春, 祥 夏, 蒞 朱, 李俊如, 李海波, 謙 盛, 羅超文 申請人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所