钻孔用组合单向液压枕测深部断裂带地应力的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种钻孔用组合单向液压枕测深部断裂带地应力的装置及方法。该装置包括手压泵、压力管路、液压枕组合装置，手压泵与压力管路连接，压力管路和液压枕组合装置用于放入软弱岩体的试验钻孔中，由灌浆管向试验钻孔进行水泥灌浆，压力管路和液压枕组合装置固结后埋在水泥中，所述液压枕组合装置由至少两个单向液压枕组合而成，所述单向液压枕包括主体和承压板，主体为单面开口的槽状结构，另一面设置受力变形并将主体单面开口密封的承压板，主体与承压板连接后形成液压油室，压力管路通过油嘴与液压油室连通。本发明专利技术可直接测量或观测岩体单向应力，通过上述钻孔钻孔和液压枕的组合可获取1维至3维的洞室深部断裂带岩体高至极高地应力信息。极高地应力信息。极高地应力信息。

【技术实现步骤摘要】
钻孔用组合单向液压枕测深部断裂带地应力的装置及方法


[0001]本专利技术涉及涉及岩土试验领域，具体是一种钻孔用组合单向液压 枕测深部断裂带地应力的装置及方法。

技术介绍

[0002]地应力是地下工程围岩变形和破坏的控制因素之一，高至极高地 应力条件下硬脆岩体易产生岩爆、软弱岩体易产生软岩大变形破环。 随着我国长距离调水工程、交通工程和深部矿山工程的推进，软弱岩 体围岩大变形、TBM掘进卡机事故频繁出现。断裂带等典型软弱岩 体地应力资料获取成为亟需解决的工程问题。
[0003]一般而言，断裂带岩体具有岩质偏软、均质性差、岩体完整性差、 塑性和流变性特征明显等特点，常用地应力测量方法如水压致裂法和 套孔应力解除法均不适用。目前，针对软弱岩体地应力测量的方法仅 有基于流变恢复理论的三向压力盒、应用于井下煤岩体应力测量的液 压钻孔应力计和基于弹性变形分离的主动施压式软质岩体快速测量 方法等。其中，基于流变恢复理论的三向压力盒埋设在洞室内壁钻孔 中，灌浆处理后通过测量压力盒承载板的变形计算岩体的三向应力， 该方法通过测量承载板变形计算三向压力盒的应力分量，再计算岩体 空间应力，为间接测量方法，此外，该方法不适用于均质性较差的断 裂带岩体；名称为“应用于井下煤岩体应力测量的液压钻孔应力计
”ꢀ
的专利(公开号CN204694384U)提供了对煤岩体钻孔径向应力变化 监测的技术，该技术采用匹配钻孔直径的4个囊式液压枕，可监测液 压枕布置径向覆盖范围(方向范围较大)的应力变化，该技术无法准 确计算岩体地应力场；主动施压式软质岩体快速测量装置由封闭的水 压致裂法管路系统和孔径变形测量系统组成，通过特定加载条件下的 孔径变形测量进行地应力量值计算，单次测试可以获取钻孔截面的平 面应力，该方法设备制作难度大尚无成品。
[0004]针对深埋长大调水等工程对断裂带地应力资料的需求和现有测 量方法匮乏的现状，一种钻孔用组合单向液压枕测深部断裂带地应力 的装置及方法获得研发。该专利技术对表面应力测量所用的压力枕等装置 进行了全新改型设计，采用组合方式进行钻孔地应力测量，并提供了 配套方法。本专利技术可直接获取单个方向的压应力，通过液压枕组合和 钻孔布置可获取岩体平面和三维地应力状态，可以全面满足勘测设计 对断裂带岩体地应力资料的需求。

技术实现思路

[0005]针对现有针对现有测量方法的不足，本专利技术提供一种钻孔用组合 单向液压枕测深部断裂带地应力的装置及方法，该测量装置设备制作 和操作简单可靠，可以随时读取单个液压枕承压板方向的压应力，也 可通过长期观测获取初始应力，还可以通过不同试验布置获取需要的 地应力特征数据。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种钻孔用组合单向液压枕测深部断裂带地应力的装置，包括手 压泵、压力管
路、液压枕组合装置，手压泵与压力管路连接，压力管 路和液压枕组合装置用于放入软弱岩体的试验钻孔中，由灌浆管向试 验钻孔进行水泥灌浆，压力管路和液压枕组合装置固结后埋在水泥 中，所述液压枕组合装置由至少两个单向液压枕组合而成，所述单向 液压枕包括主体和承压板，主体为单面开口的槽状结构，另一面设置 受力变形并将主体单面开口密封的承压板，主体与承压板连接后形成 液压油室，压力管路通过油嘴与液压油室连通。
[0008]进一步的，还包括截止阀、压力表、三通阀，手压泵、截止阀、 三通阀依次连接，截止阀的出口端与三通阀的第一端连接，三通阀的 第二端通过压力管路与液压枕组合装置连接，三通阀的第三端与压力 表连接。
[0009]进一步的，所述主体和所述承压板的连接方式为螺纹连接。
[0010]进一步的，所述单向液压枕还包括螺钉、盖板、密封圈，密封圈 放置在主体上，承压板由螺钉和盖板固定在主体上。
[0011]进一步的，所述主体和所述承压板的连接方式为焊接。
[0012]进一步的，所述主体的侧面设有与压力管路连接和排气用的油 嘴。
[0013]进一步的，所述承压板采用薄钢板。
[0014]一种钻孔用组合单向液压枕测深部断裂带地应力的测试方法，采 用上述装置进行，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
[0015](1)单向液压枕气密性试验：加工完成后组合安装前，将单向 液压枕连接油泵、截止阀、高压管和压力表，注油过程中须排气完全， 之后对单向液压枕进行加压和长时间压力保持，检验液压枕气密性；
[0016](2)压力标定试验：模拟现场试验条件下的岩体受力状态，对 单向液压枕进行标定试验，获得特定预加载压力下试验加载和输出压 力关系；
[0017](3)试验布置：通过液压枕组合和钻孔布置达到试验测试要求， 可实现1维至3维地应力信息的测量；
[0018](4)装置安装：根据钻孔布置进行钻孔施工，随后将组合装置 安装在钻孔内；
[0019](5)灌浆回填：对测孔进行灌浆回填，使观测装置与岩体凝结 一体，浆材物理参数应与岩体参数尽可能一致；
[0020](6)施加预压：水泥固结完毕，根据压力标定试验结果，选择 合适的预加载压力并锁紧截止阀；
[0021](7)应力观测：对各单向压力枕的应力变化进行观测，记录读 数时间和压力表读数；
[0022](8)数据处理：
[0023](8
‑
1)根据压力标定试验的预加载压力等级、特定预加载压力下 试验加载和输出压力关系，由压力表读数反算单向液压枕测量的单向 压应力；
[0024](8
‑
2)绘制单向液压枕压力随时间变化曲线，确定测量方向的单 向稳定应力；
[0025](8
‑
3)计算组合液压枕的测量结果，根据试验布置计算不同维 度的地应力。
[0026]进一步的，步骤(3)中：所述液压枕组合是指根据测量需求对 单向液压枕进行组合，选择测量钻孔任意径向的单向应力或者钻孔横 截面的平面应力；采用两个单向液压枕组合而成的单向液压枕组合进 行单向应力测量；采用三个及以上单向液压枕组成的平面液压枕组合 可进行平面应力测量；所述钻孔布置是指根据测试需求，在洞壁或洞 室底板
布置单个试验钻孔或试验钻孔组合；在试验钻孔安装液压枕组 合，获取钻孔横截面内的单向压应力或平面应力，由3个不同方向的 平面应力组合计算空间三维应力
[0027]进一步的，步骤(8
‑
3)中三维应力测试由三个平面应力测量结 果计算：
[0028]σ
n
＝(σ
n1
+σ
n2
)/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0029][0030]式中：σ
n1
、σ
n2
、和σ
n3
为各单向液压枕法向的单向压应力，σ n
为单向液压枕组合测量的单向应力，σ1为钻孔横截面的大主应力， σ2为钻孔横截面的小主应力，角度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钻孔用组合单向液压枕测深部断裂带地应力的装置，其特征在于：包括手压泵、压力管路、液压枕组合装置，手压泵与压力管路连接，压力管路和液压枕组合装置用于放入软弱岩体的试验钻孔中，由灌浆管向试验钻孔进行水泥灌浆，压力管路和液压枕组合装置固结后埋在水泥中，所述液压枕组合装置由至少两个单向液压枕组合而成，所述单向液压枕包括主体和承压板，主体为单面开口的槽状结构，另一面设置受力变形并将主体单面开口密封的承压板，主体与承压板连接后形成液压油室，压力管路通过油嘴与液压油室连通。2.如权利要求1所述的钻孔用组合单向液压枕测深部断裂带地应力的装置，其特征在于：还包括截止阀、压力表、三通阀，手压泵、截止阀、三通阀依次连接，截止阀的出口端与三通阀的第一端连接，三通阀的第二端通过压力管路与液压枕组合装置连接，三通阀的第三端与压力表连接。3.如权利要求1所述钻孔用组合单向液压枕测深部断裂带地应力的装置，其特征在于：所述主体和所述承压板的连接方式为螺纹连接。4.如权利要求3所述钻孔用组合单向液压枕测深部断裂带地应力的装置，其特征在于：所述单向液压枕还包括螺钉、盖板、密封圈，密封圈放置在主体上，承压板由螺钉和盖板固定在主体上。5.如权利要求1所述钻孔用组合单向液压枕测深部断裂带地应力的装置，其特征在于：所述主体和所述承压板的连接方式为焊接。6.如权利要求1所述钻孔用组合单向液压枕测深部断裂带地应力的装置，其特征在于：所述主体的侧面设有与压力管路连接和排气用的油嘴。7.如权利要求1所述钻孔用组合单向液压枕测深部断裂带地应力的装置，其特征在于：所述承压板采用薄钢板。8.一种钻孔用组合单向液压枕测深部断裂带地应力的测试方法，采用如权利要求1
‑
7中任一项所述的装置进行，其特征在于：所述方法包括如下步骤：(1)单向液压枕气密性试验：加工完成后组合安装前，将单向液压枕连接油泵、截止阀、高压管和压力表，注油过程中须排气完全，之后对单向液压枕进行加压和长时间压力保持，检验液压枕气密性；(2)压力标定试验：模拟现场试验条件下的岩体受力状态，对单向液压枕进行标定试验，获得特定预加载压力下试验加载和输出压力关系；(3)试验布置：通过液压枕组合和钻孔布置达到试验测试要求，可实现1维至3维地应力信息的测量；(4)装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩晓玉，董志宏，刘元坤，杜学才，唐明秀，梅争贵，付平，王廷益，周春华，王旺盛，艾凯，张新辉，周朝，王斌，
申请(专利权)人：长江水利委员会长江科学院，
类型：发明
国别省市：