预钻式原位岩体组合式测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种预钻式原位岩体组合式测量装置及测量方法，包括辅助装置、剪切测量装置、压缩测量装置、转接头，所述辅助装置为剪切测量装置和压缩测量装置提供动力源，并处理其获取的测量数据，所述剪切测量装置安装于压缩测量装置下端，所述转接头安装于剪切测量装置顶端，置于压缩测量装置内；由此，本发明专利技术不仅可以同时测得岩体的抗剪强度和变形模量，还可以测得岩体的抗压强度，另外通过液压油缸加载，可以对测量装置施加足够大的力，使得测量装置不仅适用于较软地层工程参数测量，也适用于硬质岩层工程参数测量，为矿山巷道工程领域，提供了一种安全可靠的测量装置和测量方法。

Pre-drilling in-situ rock mass combination measuring device and measuring method

The present invention provides a pre-drilled in-situ rock mass combined measuring device and measuring method, including auxiliary device, shear measuring device, compression measuring device and adapter. The auxiliary device provides power source for shear measuring device and compression measuring device, and processes the measured data acquired by the auxiliary device. The shear measuring device is installed at the lower end of the compression measuring device, and the adapter is installed at the lower end of the compression measuring device. Installed at the top of the shear measuring device and placed in the compression measuring device, the invention can not only measure the shear strength and deformation modulus of rock mass at the same time, but also measure the compressive strength of rock mass. In addition, by loading the hydraulic cylinder, enough force can be exerted on the measuring device, so that the measuring device is not only applicable to the measurement of engineering parameters in soft strata, but also applicable to the measurement of engineering parameters in soft strata. The measurement of rock engineering parameters provides a safe and reliable measuring device and method for mine roadway engineering.

【技术实现步骤摘要】
预钻式原位岩体组合式测量装置及测量方法
本专利技术涉及岩土工程勘察的
，尤其涉及一种预钻式矿山原位岩体组合式测量装置及测量方法。
技术介绍
在岩土工程勘察领域，岩土的抗剪强度、变形模量以及抗压强度是评价岩土结构稳定性的重要参数。尤其在矿山巷道围岩控制与治理方面，随着矿山开采规模、开采深度不断增加，导致矿山开采条件不断恶化，矿井巷道的地质力学环境日趋复杂，地下工程灾害频发，巷道围岩稳定性控制变得尤为困难，因此，能够正确地、合理地评价矿山巷道围岩的稳定性可以有效预防地下工程灾害的发生。目前，测定岩土的抗剪强度或变形模量可分为室内试验方法和原位试验方法。室内试验方法主要有直剪试验、单剪试验、环剪试验、三轴压缩试验等。室内试验虽然能够很好地控制排水条件、应力和应变的加载，但是所取试样在运输过程中不可避免地发生扰动影响，进而导致试样的物理特性参数发生变化，使得试验测量结果无法准确地表征岩土的原状态指标。原位试验方法主要有静力触探试验、十字板剪切试验、旁压试验等。原位试验方法可以直接测量原位岩土的抗剪强度或变形模量，不需要钻孔取样，减小了对岩土的扰动。另外，在工程建设期间，原位试验可以随时进行，实时监测岩土的抗剪强度或变形模量。但是，现有的原位试验方法测试项目过于单一，无法同时获取岩土的抗剪强度和变形模量，使得岩土的原状态指标评价过于片面。如静力载荷试验应用于土体测试中，通过将测量数据带入经验公式中计算，进而得出土体的力学参数；十字板剪切试验只能测得软土的抗剪强度，无法描述岩土混合体力学性质；旁压试验只能测得压力与岩体体积变化的曲线，无法获取岩体的抗剪强度。为此，本专利技术的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种预钻式原位岩体组合式测量装置及测量方法，以克服上述缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种预钻式原位岩体组合式测量装置及测量方法，其结构小巧，操作简单，装卸方便，极大地提高了工作效率，采用液压油缸加载，可以对测量装置施加足够大的力，能够有效测量硬质岩层参数，通过剪切测量装置可以测得岩体的抗剪强度和变形模量，通过压缩测量装置可以测得岩体的抗压强度，为矿山巷道工程领域，提供了一种安全可靠的测量装置和测量方法。为解决上述问题，本专利技术公开了一种预钻式原位岩体组合式测量装置，其特征在于包括辅助装置、剪切测量装置、压缩测量装置和转接头，所述剪切测量装置下放到孔底对原位岩体的变形模量和抗剪强度进行测量，所述压缩测量装置下放到孔底对原位岩体的抗压强度进行测量，所述辅助装置通过输油管为剪切测量装置和压缩测量装置提供动力源，并将剪切测量装置和压缩测量装置所获取的测量数据进行分析处理，所述转接头的一端将剪切测量装置和压缩测量装置连接起来，另外一端连接到钻机上的钻杆。其中：所述剪切测量装置包括位移加载装置、6片弹性剪切片和下顶，所述6片弹性剪切片环为圆筒，所述下顶设置于圆筒的下端，所述位移加载装置设置于圆筒内。其中：一下紧箍套设安装于6片弹性剪切片外缘的下部，且与各弹性剪切片下部固定，一上紧箍套设安装于6片弹性剪切片外缘的上部，且与各弹性剪切片上部固定，所述下顶配合固定6片弹性剪切片和下紧箍，所述位移加载装置配合固定安装6片弹性剪切片和上紧箍。其中：所述位移加载装置包括油缸缸体端盖、1组复位碟簧、油缸缸体、油缸活塞、中间连杆、下位移盘、6个下位移盘固定块、6个连杆、6个弹性剪切片固定块、6个孔隙水压力传感器、12个应力应变传感器和1个位移传感器，其中，所述油缸缸体端盖与油缸缸体连接，所述油缸活塞可滑动的设置于油缸缸体内，所述1组复位碟簧套设安装于油缸缸体以用于油缸活塞的向上复位，所述中间连杆的两端分别连接至油缸活塞和下位移盘，所述转接头有一连接至输油管的油路通道以与油缸缸体共同形成一个腔体，所述6个弹性剪切片固定块一端固定安装于6片弹性剪切片内侧，另外一端铰接于6个连杆的下部，所述6个连杆的上部分别铰接于6个下位移盘固定块，所述6个下位移盘固定块安装于所述下位移盘，所述6个孔隙水压力传感器分别安装于6片弹性剪切片固定块上以用于测定各弹性剪切片切入原位岩体时的压力，所述12个应力应变传感器分别安装于6片弹性剪切片以用于测定各弹性剪切片上的应力应变，所述1个位移传感器安装于位移加载装置的下位移盘上以测定各弹性剪切片切入岩体时的位移和各弹性剪切片对岩体的剪位移。其中：2个剪切测量装置密封圈分别套设安装于油缸缸体端盖和油缸活塞来密封腔体，所述油缸缸体端盖和油缸活塞上分别设有容置剪切测量装置密封圈的密封槽。其中：所述压缩测量装置包括上限位垫环、4片压缩测量片、中空油缸活塞、中空油缸缸体、下限位垫环、中空油缸缸体端盖和内连接套，其中，所述上限位垫环套设安装于内连接套的上端外缘，所述中空油缸活塞连接于内连接套的下端，所述4片压缩测量片两两套设，然后其中一对套设安装于内连接套外，另外一对套设安装于中空油缸缸体外侧底端，所述中空油缸活塞套设于转接头外，且下端伸入中空油缸缸体内，所述下限位垫环套设于转接头上且置于中空油缸缸体的底端。其中：所述辅助装置包括数据线、控制装置、数据分析装置、油泵、油箱、调节阀、流量计和输油管，所述油泵一端与油箱连接，另外一端与转接头连接，通过输油管将油箱中的液压油输出或回收液压油到油箱，所述调节阀和流量计对输油管中的流速和流量进行调节，所述压缩测量装置切入岩体，所述剪切测量装置切入岩体，然后，所述压缩测量装置对剪切测量装置有竖直向上的拉力，测得一系列数据提供给数据分析装置来得出岩体的抗剪强度、变形模量和抗压强度。还公开了一种预钻式原位岩体组合式测量装置的测量方法，其特征在于包含如下方法：方法一：进行抗剪强度和变形模量参数测量，首先，下放剪切测量装置到孔底；其次，切入到岩体中，然后，通过钻机对剪切测量装置施加起拔力，剪切岩体后处理数据来得出岩体的抗剪强度和变形模量；方法二：进行多参数测量，首先，将剪切测量装置和压缩测量装置组合下放到孔底；其次，一路液压油使得剪切测量装置切入到岩体中，另外一路油使得压缩测量装置切入到岩体中，最后，通过数据分析装置处理传感器传输入的数据来得出抗剪强度、变形模量以及抗压强度等多个岩体工程参数。通过上述结构可知，本专利技术的预钻式原位岩体组合式测量装置及测量方法具有如下效果：本专利技术不仅适用于岩体工程参数测量，也适用于土体工程参数测量；1、采用液压油缸加载，可以对测量装置施加足够大的力，使得测量装置不仅适用于较软地层工程参数测量，还适用于硬质岩层工程参数测量；2、操作简单，适用广泛，剪切测量装置可以与压缩测量装置组合使用，也可以单独测量岩体工程参数；3、剪切测量装置可以有效测得原位岩体的抗剪强度和变形模量，通过数据分析装置得到岩体抗剪强度的内摩擦因数f和粘聚力c；4、能通过压缩测量装置测得原位岩体的抗压强度qu。本专利技术的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。附图说明图1显示了本专利技术的预钻式原位岩体组合式测量装置的结构示意图。图2显示了本专利技术的预钻式原位岩体组合式测量装置的剖视图；图3显示了本专利技术的剪切测量装置的剖视图；图4A和图4B显示了本专利技术的位移加载装置示意图；图5显示了本专利技术的压缩测量装置剖视图；图6显示了本专利技术的工作流程示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预钻式原位岩体组合式测量装置，其特征在于包括辅助装置、剪切测量装置、压缩测量装置和转接头，所述剪切测量装置下放到孔底对原位岩体的变形模量和抗剪强度进行测量，所述压缩测量装置下放到孔底对原位岩体的抗压强度进行测量，所述辅助装置通过输油管为剪切测量装置和压缩测量装置提供动力源，并将剪切测量装置和压缩测量装置所获取的测量数据进行分析处理，所述转接头的一端将剪切测量装置和压缩测量装置连接起来，另外一端连接到钻机上的钻杆。

【技术特征摘要】
1.一种预钻式原位岩体组合式测量装置，其特征在于包括辅助装置、剪切测量装置、压缩测量装置和转接头，所述剪切测量装置下放到孔底对原位岩体的变形模量和抗剪强度进行测量，所述压缩测量装置下放到孔底对原位岩体的抗压强度进行测量，所述辅助装置通过输油管为剪切测量装置和压缩测量装置提供动力源，并将剪切测量装置和压缩测量装置所获取的测量数据进行分析处理，所述转接头的一端将剪切测量装置和压缩测量装置连接起来，另外一端连接到钻机上的钻杆。2.如权利要求1所述的预钻式原位岩体组合式测量装置，其特征在于：所述剪切测量装置包括位移加载装置、6片弹性剪切片和下顶，所述6片弹性剪切片环为圆筒，所述下顶设置于圆筒的下端，所述位移加载装置设置于圆筒内。3.如权利要求2所述的预钻式原位岩体组合式测量装置，其特征在于：一下紧箍套设安装于6片弹性剪切片外缘的下部，且与各弹性剪切片下部固定，一上紧箍套设安装于6片弹性剪切片外缘的上部，且与各弹性剪切片上部固定，所述下顶配合固定6片弹性剪切片和下紧箍，所述位移加载装置配合固定安装6片弹性剪切片和上紧箍。4.如权利要求2或3所述的预钻式原位岩体组合式测量装置，其特征在于：所述位移加载装置包括油缸缸体端盖、1组复位碟簧、油缸缸体、油缸活塞、中间连杆、下位移盘、6个下位移盘固定块、6个连杆、6个弹性剪切片固定块、6个孔隙水压力传感器、12个应力应变传感器和1个位移传感器，其中，所述油缸缸体端盖与油缸缸体连接，所述油缸活塞可滑动的设置于油缸缸体内，所述1组复位碟簧套设安装于油缸缸体以用于油缸活塞的向上复位，所述中间连杆的两端分别连接至油缸活塞和下位移盘，所述转接头有一连接至输油管的油路通道以与油缸缸体共同形成一个腔体，所述6个弹性剪切片固定块一端固定安装于6片弹性剪切片内侧，另外一端铰接于6个连杆的下部，所述6个连杆的上部分别铰接于6个下位移盘固定块，所述6个下位移盘固定块安装于所述下位移盘，所述6个孔隙水压力传感器分别安装于6片弹性剪切片固定块上以用于测定各弹性剪切片切入原位岩体时的压力，所述12个应力应变传感器分别安装于6片弹性剪切片以用于测定各弹性剪切片上...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟自成，张幼振，邵俊杰，陈盼，张宁，李旺年，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61