孔壁岩体力学参数测试单点加载仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种孔壁岩体力学参数测试单点加载仪，该装置包括单点加载仪、视频采集单元、位移测量单元、触探锥头和承压底座，所述单点加载仪，上部设有一凹腔，下部设有一压力室，所述触探锥头的底部穿过所述凹腔后伸入到所述压力室中，所述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，所述电线接口与外部的控制器相连接，所述推杆接口与外部的动力推进系统相连接，所述油路接口与外部的液压加载系统相连接。本实用新型专利技术轻巧灵便，测试过程简单易行，其不仅可以灵活选取测试位置，而且能直观、准确地获取岩体的物理力学参数，更好地反应岩体的力学特性。

【技术实现步骤摘要】
孔壁岩体力学参数测试单点加载仪
本技术涉及适用于钻孔原岩加载测试
，尤其涉及一种孔壁岩体力学参数测试单点加载仪。
技术介绍
对于矿山及岩土工程涉及到硐室、巷道的支护，而围岩的力学参数是指导工程设计与施工、保证支护设计方案达到稳定性要求的关键，对于安全生产起到至关重要的作用。对于具体工程现场的岩体、煤体等，其基本物理力学参数获取的常用方法是通过室内实验。如岩体的内聚力和摩擦角可以通过三轴实验等方法来获取；岩体的泊松比、弹性模量可以通过单轴压缩实验等方法来获取等等。进行室内实验，首先要从工程现场获取岩石或煤块，然后经过一系列步骤的加工，形成标准试件。加工过程中岩石或煤块的性质就可能受到影响，加工成的试件往往很难达到相应的标准；并且加工成的标准试件所处的应力状态与其原始应力状态有较大的差距，这些都会导致室内实验测得的数据不够准确，对于指导现场施工具有局限性。因此，通过现场原位测试获取岩体或煤体基本物理力学参数开始受到关注。目前对岩体、煤体等的抗拉强度、粘聚力、内摩擦角有原位测试的装置以及方法，但这些装置的测试环境具有一定的适用性，对于煤炭开采等地下工程来说，其工程现场环境条件较差，空间比较狭小，因此操作起来较为困难。在煤炭开采等一些地下工程中，在地层中钻孔是很多施工现场要进行的作业，通过钻孔来分析地层岩性，每种岩层的厚度，地层移动等信息。因此在钻孔内进行原位测试是一种行之有效的方法，通过调研发现，目前现场测试设备结构复杂、测试过程繁琐且测试精度较差。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的技术问题，本技术提供一种轻巧灵便，测试简单易行，测试位置选取灵活且精度高的孔壁岩体力学参数测试单点加载仪。为解决上述问题，本技术采取的技术方案是：一种孔壁岩体力学参数测试单点加载仪，其包括单点加载仪、视频采集单元、位移测量单元、触探锥头和承压底座，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，推杆接口与外部的动力推进系统相连接，油路接口与外部的液压加载系统相连接，液压加载系统与外部的控制器相连接，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。进一步地，所述位移测量单元包括位移传感器和测量引线，测量引线包括连接段和测量段，连接段的一端通过位移传感器与测量段相连接，其另一端经导向滑轮与位移检测仪相连接，测量段与触探锥头的轴线相平行，测量段的另一端与触探锥头的侧壁固定连接。进一步地，所述视频采集单元包括摄像头和补光灯，摄像头和补光灯均与控制器相连接，其中，所述摄像头对称设置在触探锥头的两侧，所述的补光灯平均分布在以触探锥头的轴线为圆心的同一圆周上。进一步地，所述压力室与所述触探锥头之间还设有密封圈，液压加载系统上还设有电子测压计，电子测压计与控制器相连接。进一步地，所述控制器上还设有压力显示屏、视频显示屏和加载控制开关，压力显示屏用于显示应力应变曲线，应力应变曲线由触探锥头的压力变化和位移传感器的数值变化经控制器处理后生成，所述视频显示屏用于显示待测钻孔的孔壁加载状态，所述加载控制开关还与液压加载系统相连接。进一步地，所述承压底座的底部外表面曲率和所测钻孔的曲率相对应，且所述承压底座的底部外表面圆弧所对应的圆心角为120°。进一步：所述的触探锥头为球台状，就是半球的顶部截成平面。本技术的使用方法，其包括以下步骤：第一步、将单点加载仪送入到钻孔内待测位置处；具体包括：打开所述视频采集单元和视频显示屏，通过动力推进系统将单点加载仪送入到钻孔内，通过观察所述视频显示屏，将该装置推送到钻孔的待测位置处，然后动力推进系统停止动作。第二步、位移矫正清零；具体包括：液压加载系统驱动触探锥头移动，结合所述视频显示屏的视频画面和状态显示屏上的应力应变曲线，当触探锥头和承压底座与所述钻孔的孔壁接触时位移矫正清零。第三步、开始加载，记录压力位移数据和视频数据采集，综合观察分析压力位移数据和视频画面，当触探锥头将钻孔的孔壁压裂或已到达加载上限时或已达到所需状态时，停止加载；第四步、停止压力位移数据和视频数据的采集，收回触探锥头；第五步、将导出的压力位移数据经处理获取应力应变曲线和其他物理力学参数；第六步、重复上述一至五步骤，进行下一测点的测量。本技术的有益效果在于：1、本技术通过单点加载仪、视频采集单元、位移测量单元、触探锥头、承压底座和控制器等各个部件相互之间的配合使用，使本装置测试轻巧灵便，测试过程简单易行，其不仅可以灵活选取测试位置，而且能直观、准确地获取岩体的物理力学参数，更好地反应岩体的力学特性。2、本技术的承压底座曲率和所测钻孔曲率一致，以使承压底座与孔壁的接触更加贴合，避免应力集中。3、本技术的所述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。4、本技术通过实时记录被加载岩体的位移和荷载数据，为进一步求得工程岩体的力学参数提供了保障。因此通过本技术的工程岩体力学参数测试装置可满足现阶段钻孔原位测试研究的需要。附图说明图1为本技术装置的结构示意图；图2为本技术装置的俯视图；图3为图1的I处的截面示意图；图4为本技术电子测压计与液压加载系统的连接结构示意图；图5为本技术装置控制器的结构示意图；图6为本技术装置试验方法的流程图。图中：1-单点加载仪，11-凹腔，12-压力室，13-电线接口，14-推杆接口，15-油路接口；2-视频采集单元，21-摄像头，22-补光灯；3-位移测量单元，31-位移传感器，32-连接段，33-测量段，34-导向滑轮；4-触探锥头；5-承压底座，51-油腔；6-控制器，61-压力显示屏，62-视频显示屏，63-加载控制开关；64-保护罩；65-滑块；66-导轨；67-驱动器；7-液压加载系统，8-密封圈，9-电子测压计。具体实施方式下面结合附图对本技术的优选实施例进行详细阐述。如图1-3所示，本技术的一种孔壁岩体力学参数测试单点加载仪，其包括单点加载仪1、视频采集单元2、位移测量单元3、触探锥头4和承压底座5，所述的单点加载仪1，上部设有一凹腔11，下部设有一压力室12，触探锥头4的底部穿过凹腔11后伸入到压力室12中，单点加载仪1的侧面还依次设有电线接口13、推杆接口14和油路接口15，电线接口13与外部的控制器6相连接，推杆接口14与外部的动力推进系统(图中未示出)相连接，油路接口15与外部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种孔壁岩体力学参数测试单点加载仪，其特征在于，它包括单点加载仪、视频采集单元、位移测量单元、触探锥头和承压底座，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，推杆接口与外部的动力推进系统相连接，油路接口与外部的液压加载系统相连接，液压加载系统与外部的控制器相连接，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。

【技术特征摘要】
1.一种孔壁岩体力学参数测试单点加载仪，其特征在于，它包括单点加载仪、视频采集单元、位移测量单元、触探锥头和承压底座，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，推杆接口与外部的动力推进系统相连接，油路接口与外部的液压加载系统相连接，液压加载系统与外部的控制器相连接，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。2.如权利要求1所述的孔壁岩体力学参数测试单点加载仪，其特征在于，所述位移测量单元包括位移传感器和测量引线，测量引线包括连接段和测量段，连接段的一端通过位移传感器与测量段相连接，其另一端经导向滑轮与位移检测仪相连接，测量段与触探锥头的轴线相平行，测量段的另一端与触探锥头的侧壁固定连接。3.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄彬，赵同彬，邢明录，傅知勇，张鹏飞，高学鹏，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：新型
国别省市：山东,37