專利名稱：巖體破壞特性與地應(yīng)力參數(shù)測(cè)量的鉆孔橫向貫入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種巖體現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試及地應(yīng)力測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種 巖體破壞特性與地應(yīng)力參數(shù)測(cè)量的鉆孔橫向貫入裝置，適用于巖石的現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)，其利 用普通的工程鉆孔，將探頭放入鉆孔的任意深度，通過該裝置獲得地應(yīng)力參數(shù)和巖體破壞 參數(shù)。
背景技術(shù)：
巖體力學(xué)參數(shù)的確定是判斷巖體工程是否滿足正常使用功能的前提和基礎(chǔ)，也是 指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)和安全施工的重要依據(jù)。試驗(yàn)研究是確定巖體力學(xué)參數(shù)最直接的方法。其包 括現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)。由于巖體中巖性、結(jié)構(gòu)面的存在，巖體結(jié)構(gòu)尺寸效應(yīng)的影響， 以及水、風(fēng)化等外營(yíng)力的作用，現(xiàn)場(chǎng)巖塊取樣及試驗(yàn)選點(diǎn)離散性大，使得巖體的力學(xué)行為與 室內(nèi)巖石試塊所表現(xiàn)的力學(xué)行為之間存在著很大的差異，導(dǎo)致巖體試驗(yàn)參數(shù)存在較大的隨 機(jī)性及不確定性，而用原位試驗(yàn)確定巖體力學(xué)參數(shù)，能較好地反映巖體的自然特性。巖體地應(yīng)力參數(shù)是地殼地層力學(xué)狀態(tài)最基礎(chǔ)的原始數(shù)據(jù)，是確定工程巖體力學(xué)屬 性，進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性分析、巖土工程開挖設(shè)計(jì)和決策所必須的原始資料，它對(duì)于各類巖土工 程的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)特別是洞室穩(wěn)定性評(píng)價(jià)至關(guān)重要。目前巖體的原位試驗(yàn)有在現(xiàn)場(chǎng)直接接觸巖石，對(duì)巖石施加壓力來獲得變形參數(shù) 的，包括開挖勘探平洞、豎井進(jìn)行試驗(yàn)、鉆孔Goodman千斤頂試驗(yàn)等，但由于受其成本過高 和工期較長(zhǎng)的影響，若非大型重要工程，很多工程對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)安排就較少或沒有，而鉆孔 Goodman千斤頂主要獲取巖體破壞前參數(shù)(即變形參數(shù))，無法得到巖體破壞參數(shù)；另一種 則為間接測(cè)量，包括巖石聲波測(cè)試、鉆孔攝像等，雖然可以深入巖體不同部位進(jìn)行試驗(yàn)，但 由于其不能對(duì)巖石直接施壓，造成巖石變形或破壞，而是通過間接分析計(jì)算來獲得巖體參 數(shù)，帶來較大的人為分析誤差。地應(yīng)力的測(cè)量，就世界范圍而言，目前主要的測(cè)量方法有數(shù)十種之多。最具代表 性、比較成熟的五種方法由國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)試驗(yàn)方法委員會(huì)確定的巖石應(yīng)力的建議方 法，委員會(huì)于1987年通過規(guī)范規(guī)定為《巖石應(yīng)力測(cè)定的建議方法》。它們是扁平千斤頂法、 孔徑變形法、水壓致裂法、孔壁應(yīng)變法和空心包體應(yīng)變法。但由于這些方法的成本都較高、 試驗(yàn)周期較長(zhǎng)、試驗(yàn)過程繁瑣，使得許多工程都無法采用以上這些測(cè)試方法，導(dǎo)致很多工程 缺乏足夠的實(shí)測(cè)地應(yīng)力資料。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是在于提供了一種巖體破壞特性與地應(yīng)力參數(shù)測(cè)量的鉆孔橫 向貫入裝置，該裝置可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行原位巖石力學(xué)試驗(yàn)，且使用方便，成本低，精確、快捷， 它可以利用較普遍的工程鉆孔，突破Goodman千斤頂?shù)氖芰γ娣e限制，使被測(cè)巖體達(dá)到破 壞，從而測(cè)出不同深度與風(fēng)化帶巖體的強(qiáng)度與變形參數(shù)，以及巖體的地應(yīng)力參數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)措施
3[0008]本套裝置共有五部分組成，包括探頭、油壓泵、傳感器、油壓控制系統(tǒng)、電源。利用 工程鉆孔，將儀器的探頭放入鉆孔的任意深度，通過油壓泵的加壓，使墊板上的多個(gè)不同曲 率的錐頭向外運(yùn)動(dòng)，承壓板對(duì)孔壁施壓，提供反力，由于錐頭通過槽中的數(shù)據(jù)線連接數(shù)字位 移傳感器，可以使壓力和位移數(shù)據(jù)在接收器上顯示出來，直接獲得錐頭位移與壓力關(guān)系曲 線，通過分析可得到巖體的變形和破壞參數(shù)，以及地應(yīng)力參數(shù)。最后通過回壓孔回油卸載。一種巖體破壞特性與地應(yīng)力參數(shù)測(cè)量的鉆孔橫向貫入裝置，它包括腔體、錐頭、墊 板、回壓墊、活舌、加壓孔、承壓板、布線槽、回壓孔、數(shù)字位移傳感器；其特征在于腔體為 中空的開口圓柱體，在腔體中留有加壓孔、回壓孔和布線槽，通過回壓墊將活舌固定在腔體 中，連接處用橡膠圈進(jìn)行密封，活舌與腔體形成密封空間，數(shù)字位移傳感器固定在腔體中， 利用螺絲將墊板固定在活舌和數(shù)字位移傳感器的上部，錐頭通過螺絲固定在墊板上，數(shù)字 位移傳感器上的數(shù)據(jù)線放入布線槽中，連接到外部數(shù)據(jù)接收器上，承壓板通過螺絲固定于 腔體上。通過本實(shí)用新型對(duì)加壓孔加壓，推動(dòng)活舌使墊板、錐頭向外運(yùn)動(dòng)，對(duì)鉆孔壁施壓，使 鉆孔壁發(fā)生變形破壞，施壓過程中承壓板提供反力，數(shù)字位移傳感器通過布線槽中的數(shù)據(jù) 線將錐頭的位移數(shù)據(jù)傳送到接收器中，最后通過回壓孔卸載。在這整個(gè)過程中，可以在鉆孔的任意深度和任意方形進(jìn)行施壓，同時(shí)獲取多條位 移曲線，從而得到連續(xù)的變形、破壞曲線。整個(gè)過程用時(shí)較少，達(dá)到了精確、簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)的目 的。且錐頭可以根據(jù)不同種類的巖體進(jìn)行加工，獲得所需的巖石應(yīng)力與破壞參數(shù)。其主要 應(yīng)用于在受外界擾動(dòng)、風(fēng)化、卸荷、爆破影響較小、成本較低、使用簡(jiǎn)便的情況下，直接獲取 與工程設(shè)計(jì)、施工等方面相關(guān)的巖體破壞參數(shù)和地應(yīng)力。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果①在試驗(yàn)過程中，可以通過工程鉆孔深入到任意深度的巖體當(dāng)中，對(duì)任意方向進(jìn) 行試驗(yàn)。②錐頭曲率可以根據(jù)工程需要以及現(xiàn)場(chǎng)巖體的情況進(jìn)行選擇性的加工，獲得所需 的巖體參數(shù)和地應(yīng)力。③操作簡(jiǎn)便、用時(shí)少、費(fèi)用低，可以適應(yīng)不同條件的巖體試驗(yàn)，有效節(jié)省人力、物力 和財(cái)力。④錐頭直接作用于巖體，使巖體發(fā)生變形和破壞，且同時(shí)獲取多個(gè)應(yīng)力參數(shù)，測(cè)試 方法精細(xì)、測(cè)試結(jié)果可靠。總之，該裝置特點(diǎn)是利用較普遍的工程鉆孔，突破Goodman千斤頂?shù)氖芰γ娣e限 制，使被測(cè)巖體達(dá)到破壞，從而測(cè)出不同深度與風(fēng)化帶巖體的強(qiáng)度與變形破壞參數(shù)及地應(yīng) 力參數(shù)，使得整個(gè)試驗(yàn)過程快速、簡(jiǎn)便、便宜，易于工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。本實(shí)用新型可替代傳統(tǒng)的 現(xiàn)場(chǎng)巖體原位試驗(yàn)和巖石應(yīng)力測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和可操作性。

圖1為一種巖體破壞特性與地應(yīng)力參數(shù)測(cè)量的鉆孔橫向貫入裝置結(jié)構(gòu)示意圖(活 舌處)；圖2為一種巖體破壞特性與地應(yīng)力參數(shù)測(cè)量的鉆孔橫向貫入裝置結(jié)構(gòu)示意圖(傳 感器處)；圖3為一種巖體破壞特性與地應(yīng)力參數(shù)測(cè)量的鉆孔橫向貫入裝置俯視4[0020]圖4為一種巖體破壞特性與地應(yīng)力參數(shù)測(cè)量的鉆孔橫向貫入裝置剖面圖。其中1-腔體；2-錐頭；3-墊板；4-回壓墊；5-活舌；6-加壓孔；7-承壓板；8-布線槽；9-回壓孔；10-數(shù)字位移傳感器，采用5CB-10C型精密數(shù)字位移傳感器；
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)闡述由圖1、圖2、圖3、圖4可知，一種巖體破壞特性與地應(yīng)力參數(shù)測(cè)量的鉆孔橫向貫入 裝置，它由腔體1、錐頭2、墊板3、回壓墊4、活舌5、加壓孔6、承壓板7、布線槽8、回壓孔9、 數(shù)字位移傳感器10組成；其具體連接關(guān)系是腔體1為中空的開口圓柱體，在腔體中留有 加壓孔6、回壓孔9和布線槽8，通過回壓墊4將活舌5固定在腔體中，連接處用橡膠圈11進(jìn) 行密封，使活舌5與腔體形成密封空間，即加壓艙；再將數(shù)字位移傳感器10固定在腔體中， 同時(shí)把數(shù)字位移傳感器10上的數(shù)據(jù)線放入布線槽8中，使其連接到外部數(shù)據(jù)接收器上。所 述的墊板3通過螺絲固定在活舌5和數(shù)字位移傳感器10上部，再將所述的錐頭2用螺絲固 定在墊板3上，使活舌5、數(shù)字位移傳感器10、墊板3和錐頭2形成一個(gè)整體，在加載和卸載 的過程中可以同時(shí)運(yùn)動(dòng)，在錐頭2背面，通過螺絲將承壓板7固定在腔體上，起到保護(hù)數(shù)據(jù) 線及為整體提供反力的作用。總體結(jié)構(gòu)為腔體里安裝活舌5和數(shù)字位移傳感器10、墊板3 安裝在活舌5和數(shù)字位移傳感器10、錐頭2安裝在墊板3上，承壓板7安裝在腔體背部。所述錐頭2可根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)采用不同直徑、不同曲率以及不同個(gè)數(shù)進(jìn)行使 用，活舌5和數(shù)字位移傳感器10可根據(jù)要求采用不同個(gè)數(shù)進(jìn)行使用?，F(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)，將上述零件安裝完成，將探頭連接到油壓泵和數(shù)字位移傳感器10接 收器上，把探頭放入鉆孔一定深度，通過油壓泵加壓，使活舌5、墊板3和錐頭2向外運(yùn)動(dòng)，與 承壓板7同時(shí)對(duì)孔壁施壓，使錐頭2 —方的孔壁發(fā)生變形和破壞，將錐頭2的位移數(shù)據(jù)通過 布線槽8中的數(shù)據(jù)線傳輸?shù)綌?shù)字位移傳感器10接收器上，再通過回壓孔9進(jìn)行卸載，完成 一次測(cè)試。通過水平轉(zhuǎn)動(dòng)探頭以及改變探頭放入的深度，在一個(gè)鉆孔中測(cè)得多條位移曲線， 將位移曲線轉(zhuǎn)換為變形和破壞曲線。
權(quán)利要求一種巖體破壞特性與地應(yīng)力參數(shù)測(cè)量的鉆孔橫向貫入裝置，它包括腔體(1)、錐頭(2)、墊板(3)、回壓墊(4)、活舌(5)、承壓板(7)、傳感器(10)，其特征在于腔體(1)為中空的開口圓柱體，在腔體中留有加壓孔(6)、回壓孔(9)和布線槽(8)，通過回壓墊(4)將活舌(5)固定在腔體中，連接處用橡膠圈(11)進(jìn)行密封，活舌(5)與腔體(1)形成密封空間，數(shù)字位移傳感器(10)固定在腔體中，利用螺絲將墊板(3)固定在活舌(5)和數(shù)字位移傳感器(10)的上部，錐頭(2)通過螺絲固定在墊板(3)上，數(shù)字位移傳感器(10)上的數(shù)據(jù)線放入布線槽(8)中，連接到外部數(shù)據(jù)接收器上，承壓板(7)通過螺絲固定于腔體上。
2.按權(quán)利要求1所述的一種巖體破壞特性與地應(yīng)力參數(shù)測(cè)量的鉆孔橫向貫入裝置，其 特征在于所述的錐頭(2)通過螺絲固定于墊板(3)上，使活舌(5)、數(shù)字位移傳感器(10)、 墊板(3)和錐頭(2)形成一個(gè)整體。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種巖體破壞特性與地應(yīng)力參數(shù)測(cè)量的鉆孔橫向貫入裝置。腔體為中空的開口圓柱體，在腔體中留有加壓孔、回壓孔和布線槽，活舌通過回壓墊固定在腔體中，數(shù)字位移傳感器也固定在腔體中，墊板通過螺絲固定在活舌和數(shù)字位移傳感器上部，多個(gè)曲率不同的錐頭通過螺絲固定在墊板上，承壓板通過螺絲固定在腔體上。先用油壓泵通過加壓孔加壓，完成試驗(yàn)后通過回壓孔卸載，數(shù)字位移傳感器通過布線槽中的數(shù)據(jù)線將活舌的位移數(shù)據(jù)傳送到接收器中。該裝置使用方便，成本低，精確、快捷，利用普遍的工程鉆孔，突破Goodman千斤頂?shù)氖芰γ娣e限制，使被測(cè)巖體達(dá)到破壞，從而測(cè)出不同深度與風(fēng)化帶巖體的強(qiáng)度與變形破壞參數(shù)及地應(yīng)力參數(shù)。
文檔編號(hào)G01N3/00GK201671619SQ20102019726
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者崔銀祥, 李小春, 江振波 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所