深钻孔岩体变形测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种深钻孔岩体变形测试装置，手动液压泵与压力表、高压油管相连；两路高压油管分别为加载进程油管、回程油管，加载进程油管与钻孔岩体变形测试仪的进程活塞接口相连，回程油管与钻孔岩体变形测试仪的回程活塞接口相连；测量电缆与钻孔岩体变形测试仪、数字读数仪相连。钻孔岩体变形测试仪由四个活塞、三个位移传感器、位移传感器放大器、两个测力传感器、测力传感器放大器、可撤卸主动刚性承压板、可撤卸被动刚性承压板、防护筒以及电路保护筒组成；该装置测试精度高，与钻孔孔壁耦合性好，对钻孔孔径的适应性强，该装置直接测试深部岩体的变形模量值和弹性模量值，结构简单，操作简单，测试稳定，数据准确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及岩体工程测试
，更具体涉及一种深钻孔岩体变形特性试 验测试装置。适用于不同钻孔孔径(075mm、 091tnm、 OllOmm)岩体，以及不 同岩性(软岩和硬岩)岩体的变形模量和弹性模量的测试。
技术介绍
岩体的弹性模量(变形模量)是岩体工程设计的重要参数。目前，国际上普遍 采用的工程岩体弹性模量测试方法总体上可以归纳为动力法和静力法两大类。动 力法主要是通过研究地震波或声波在岩体中的传播规律来建立运动参数与岩体 弹性模量的关系。这种测试方法具有测量迅速、耗资少、便于大范围、大规模测 量等优点，但是，该方法给出的是岩体动态弹性模量值，往往高于岩体的实际静 态弹性模量值，不能直接供工程设计使用。鉴于这一问题，研究人员也进行了一 系列研究工作，致力于分析岩体动、静弹性模量测试结果的相关关系，但迄今为 止尚无合理的、为大家所公认计算公式或表示相关关系图表。静力法是通过量测岩体在静荷载作用下的岩体变形，然后用弹性力学公式 推算岩体的弹性模量变形指标，是工程设计中应用较多的方法。大致可分为刚性 承压板法、水压试洞法以及钻孔试验法三类。刚性承压板法一般只能测量地表或洞壁附近处的岩体弹模值，若需了解深 部岩体的弹模，则需开挖巷道至被测位置方可。试验过程中，特别是在高应力地 区，由于试验区表层岩体的松动，试验得到的弹性模量内均含有松动层的影响，其测试结果一般比岩体的真实弹性模量值低。另外，相对而言，水压试洞法试验 过程比较复杂、费用高，在工程应用较少。钻孔试验法无需开挖巷道，而是通过勘探钻孔将测试探头送至被测位置。 这种试验方法不仅可减少开挖巷道和制备试件时对岩体的破坏及暴露面的松弛 影响，测试结果更可靠；同时试验周期短、耗资少，也便于在复杂岩层中不同位 置、不同方向上作大量测试，其测试结果更具有区域统计代表性，因此，该方法 在水电、核电工程中得到应用。目前国内外钻孔试验法按加压板的刚度可分为柔性和刚性加压法。柔性钻孔岩体变形测试仪，测试过程中，不直接量测钻孔孔壁变形而是通过量测胶囊的体积变化来确定岩体的变形，提供的测试结果为测试段(等于胶囊长度)岩体的平均模量。但是，由于在试验过程中，在胶囊均匀压力作用下，孔壁变形并不是沿着孔径方向平均分布，而是为曲面分布(中间大、两头小)，通过胶囊的体积变化量测得到的试验段岩体变形没有反映岩体的最大变形能力，因此，试验结果往往偏大，必须经过一定的修正，但是修正系数往往受钻孔直径以及岩性等因素影响而难以确定。同时，柔性钻孔岩体变形测试仪在试验结果中消除了管路以及压力泵系统的寄生膨胀量，但不能消除膨胀囊在加压过程中的压缩变形量，其测试结果中包含了膨胀胶囊压缩变形量，在一定程度上影响了测试结果的准确性。另外，对于各向异性明显的岩体，当需要了解岩体各个不同方向的弹性模量时，该仪器显然不能适用。目前国外刚性钻孔岩体变形测试仪不能满足要求主要表现在以下几个方面 (1)测试结果存在较大误差，需要根据对比试验成果和数值分析对测试结果进 行修正；(2)钻孔孔壁不可能与钻孔岩体变形测试仪刚性承压板完全耦合(承压 板为固定接触角度90",使得岩体受力不均匀，在受力面存在局部应力集中；(3) 试验过程中承压块产生纵向弯曲；(4)位移传感器安装在两端，位移传感器得到 的岩体变形明显偏小，影响试验结果；(5)在刚性钻孔岩体变形测试仪中无测力 传感器，不能消除消除了压力换算及管路损失对测试结果的影响，以及活塞摩擦引起的误差。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于提供了一种深钻孔岩体变形测试装置，该测试装置具有 测试精度高，钻孔孔壁耦合性好，对钻孔孔径的适应性强，并且可以直接测量作 用在钻孔孔壁上的压力，结构简单，操作简单，测试稳定，数据准确。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术措施该深钻孔岩体变形测试装置由手动液压泵、精密压力表、高压进程油管、高 压回程油管、多芯测量电缆、防渣器、钻孔岩体变形测试仪、位移传感器、测力 传感器、运算放大器、数字读数仪组成。其特征在于液压油泵分别与液压油箱、 高压油管连接，三通分别与高压油管、精密压力表、高压进程油管连接，高压进 程油管与钻孔掩体变形测试仪中的进程活塞油路接口连接，进程活塞油路接口与 进程油路孔相通，进程油路孔与活塞油缸底部相通；高压回程油管分别与液压油 箱、回程活塞油路接口连接，回程活塞油路接口与回程油路孔相通，回程油路孔 与回程活塞油腔相通；刚度加强承压板用螺栓与双向活塞连接，刚度加强承压板 与双向活塞之间是平衡球面；单向活塞中放置油测量传感器(由弹性体及应变计 组成)，弹性体与刚度加强承压板之间是平衡球面；可撤卸主动刚性承压板与刚 度加强承压板用螺栓连接；可撤卸被动刚性承压板与钻孔岩体变形测试仪钢体用 螺栓连接；位移传感器用丝扣与钻孔岩体变形测试仪钢体连接；位移传感器的铁 芯用螺栓与刚度加强承压板连接，还可以将位移传感器的磁针用螺栓与刚度加强 承压板连接。O形密封圈放进双向活塞密封圈槽中，带有O形圈的双向活塞放 进工作油缸中，O形密封圈将油缸分层两部分即工作油缸和回程油缸；回程油缸 底盖用丝扣与钻孔岩体变形测试仪钢体连接，O形密封圈对双向活塞、回程活塞 底盖进行密封、O形密封圈对钻孔岩体变形测试仪钢体、回程活塞底盖进行密封;回程油缸分别与回程油路孔、回程油路接口、高压回程油管、油箱相通；工作油 缸分别与进程油路孔、进程油路接口、高压回程油管、三通、高压油管、液压油 泵、油箱相通。两路高压油管分别为加载进程油管、回程油管，加载进程油管与 钻孔岩体变形测试仪的进程活塞油路接口相连接，回程油管与钻孔岩体变形测试 仪的回程活塞油路接口相连接；测量电缆与钻孔岩体变形测试仪、数字读数仪相 连接。钻孔岩体变形测试仪由四个活塞(其中两端的活塞为双向活塞即伸出和收 回)、三个位移传感器、两个测力传感器、可撤卸主动刚性承压板、可撤卸被动 刚性承压板、防护筒以及电路保护筒组成。深钻孔岩体变形测试过程手动油泵施加的液压通过进程高压油管对钻孔 岩体变形测试仪的进程活塞进行加压，钻孔岩体变形测试仪的进程活塞在液压的 作用下，对钻孔岩体变形测试仪的主动刚性承压板施加工作载荷，钻孔岩体变形 测试仪的可撤卸主、被动刚性承压板在工作载荷的作用下，对钻孔岩壁施加载荷。 对孔壁岩体施加的载荷一般情况按最大载荷力等分7 8级；加压方式采用逐级 一次循环法或大循环法；采用大循环法时，每级载荷加压或卸压时变形数值稳定 后读数，读完数后施加或卸至下一级压力；每一循环卸压时，最低压力应退至初 始压力；试验点完成后，将钻孔岩体变形测试仪压回至最小尺寸，移至下一个试 验点。根据岩体的变形及施加载荷的大小，可以计算出岩体的模量值。岩体的变形测量位移传感器的磁针与可刚性加强承压板相连，位移传感 器线圈部分与钻孔岩体变形仪的钢体相连。当可撤卸主、被动刚性承压板对孔壁 施加载荷时，孔壁岩体产生变形，可撤卸主动刚性承压板同时带动位移传感器磁 针移动，岩体的变形由位移传感器转换为电压信号，通过测量电缆传至地面，由 数字读数仪读出位移值的大小。施加载荷的测量测力传感器位安装在出力活塞与刚性加强承压板之间，活塞的出力是通过测力传感器传递到刚性加强承压板。测力传感器的弹性体受力 后产生变形，测力传感器弹性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深钻孔岩体变形测试装置，包括液压油泵（２）、精密压力表（５）、高压进程油管（６）、高压回程油管（７）、多芯测量电缆（９）、钻孔岩体变形测试仪（８）、位移传感器（１６ａ）、（１６ｂ）、（１６ｃ）、测力传感器（１４ａ）、（１４ｂ）、运算放大器（４９）、数字读数仪（１０），其特征在于：液压油泵（２）分别与液压油箱（１）、高压油管（３）连接，三通（４０分别与高压油管（３）、精密压力表（５）、高压进程油管（６）连接，高压进程油管（６）与钻孔岩体变形测试仪（８）中的进程活塞油路接口（１７）连接，进程活塞油路接口（１７）与进程油路孔（３７）相通，进程油路孔（３７）与活塞油缸（３１ａ）、（３１ｂ）、（３１ｃ）、（３１ｄ）底部相通；高压回程油管（７）分别与液压油箱（１）、回程活塞油路接口（１８）连接，回程活塞油路接口（１８）与回程油路孔（３６）相通，回程油路孔（３６）与回程活塞油腔（３０ａ、３０ｂ）、（３０ｃ、３０ｄ）相通；刚度加强承压板（２８）用螺栓（２６）与双向活塞（１３ａ）、（１３ｂ）连接，刚度加强承压板（２８）与双向活塞（１３ａ）、（１３ｂ）与之间是平衡球面（２３ａ）、（２３ｄ）；单向活塞（１５ａ）、（１５ｂ）中放置油测量传感器，弹性体（１４ａ）、（１４ｂ）与刚度加强承压板（２８）之间是平衡球面（２３ｂ）、（２３ｃ）；主动承压板（１１）与刚度加强承压板（２８）用螺栓（２６）连接；被动承压板（２７）与钢体（１２）用螺栓２６连接；位移传感器（１６ａ）、（１６ｂ）、（１６ｃ）用丝扣与钢体（１２）连接；位移传感器的铁芯（２４ａ）、（２４ｂ）、（２４ｃ）用螺栓与刚度加强承压板（２８）连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗超文，李海波，刘亚群，李俊如，周青春，夏祥，盛谦，朱莅，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]