【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地质勘测，尤其是涉及一种环形岩心形变测量系统及其使用方法。
技术介绍
1、深部岩体赋存在巨大的原岩应力场中，异常高的地应力场中聚集着巨大的变形能量，围岩表现出各种应力控制型破坏，如片帮、岩爆、挤压大变形等，并且随着埋深的增加呈现强烈度、大规模、高能级等特点，造成严重的危害事故。因此，高应力成为影响深部工程安全和稳定的关键因素之一，开展面向深部的岩体地应力测量工作至关重要。
2、面向深部地应力测量的理论方法和技术手段都还存在一定的局限性，常规的基于应力解除法的地应力测量设备不能满足深部测量需求。主要原因在于深孔中存在高温、高水压的恶劣环境，常规测量设备需要与孔壁直接接触的电子类传感器不能在高温、高水压环境中应用，进而无法获取地应力解算所需的岩心变形参数。此外，常规测量设备需要与孔壁注胶固定，在深孔环境中注胶固定存在一定的困难，并且该环节通常需要数个小时的时间，严重制约了地应力的测量效率。
3、为了突破经典地应力测试方法在测量深度上的限制，实现高温、高水压等复杂环境下的深部地应力快速测量。本专利公布了一种环形岩心形变测量系统，该系统可以在复杂钻孔环境中，快速实现对地应力计算所需要的环形岩心应力解除后的形变参数进行测量，包括多个方向的径向位移、轴向位移以及偏转特征，为深部地应力测量提供了一种新的技术方法。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种环形岩心形变测量系统及其使用方法。
2、本专利技术解决上述技术问题的
3、所述上夹持头包括矛头、第一膨胀支撑组件，所述矛头固定在所述第一膨胀支撑组件的一端；
4、所述下夹持头包括弧形头、第二膨胀支撑组件，所述弧形头固定在所述第二膨胀支撑组件的一端，所述矛头、弧形头分别位于测量系统的两端位置处，所述第一膨胀支撑组件、第二膨胀支撑组件在受到轴向压力时发生径向膨胀；
5、所述电子元器件仓包括壳体、支架、led光源、成像部件、电子罗盘、双轴倾角传感器、数据处理模块、电池、开关；
6、所述径向位移测量装置包括外壳、多个径向探针和透光玻璃，所述外壳的侧壁上等距设置有一圈通孔，所述径向探针插入在所述通孔的内部，每个所述径向探针上均安装有探针弹力组件，所述透光玻璃通过胶水密封固定于壳体上端；
7、所述轴向位移测量装置包括外罩、两根轴向探针、拨杆、顶杆、第二弹簧，每根所述轴向探针上均安装有探针弹力组件，两根所述轴向探针对称插入在所述通孔的内部。
8、优选地，上述的环形岩心形变测量系统，其中所述第一膨胀支撑组件与第二膨胀支撑组件结构相同，所述第一膨胀支撑组件、第二膨胀支撑组件均包括滑杆、多个肋片、橡皮筋、导向杆，所述滑杆的侧面设置有多条等角度排列的矩形槽，所述滑杆内部轴线方向上设置有圆柱孔，所述肋片与所述矩形槽一一对应，所述肋片的内侧嵌入在所述矩形槽内，所述肋片与所述矩形槽滑动连接。
9、优选地，上述的环形岩心形变测量系统，其中所述肋片内侧一端处设有凹槽，所述凹槽用于卡入矛头或弧形头。
10、优选地，上述的环形岩心形变测量系统，其中所述肋片外侧靠近两端处设置有周向的圆槽，所述橡皮筋环绕在多个肋片外侧，且所述橡皮筋嵌入在所述圆槽内。
11、优选地，上述的环形岩心形变测量系统，其中所述导向杆从所述滑杆的内部圆柱孔伸出，位于上夹持头中的导向杆另一端通过丝扣与所述矛头连接，位于下夹持头中的导向杆另一端通过丝扣与所述弧形头连接，所述矩形槽的深度沿轴向方向上递增，在上夹持头内的滑杆朝矛头方向滑动时，由多个肋片围成的圆周外径逐渐增大。
12、优选地，上述的环形岩心形变测量系统，其中所述探针弹力组件包括第一弹簧，所述外壳的内腔固定有限位卡，所述限位卡上等距设置有多个u型槽，所述u型槽的数量与探针相同数量。
13、优选地，上述的环形岩心形变测量系统，其中所述径向探针与所述轴向探针均包括弧形触头端、第一台阶面、第二台阶面、限位环、针尖，所述限位环固定套设在所述径向探针的外部，所述径向探针、轴向探针的外部均套设有第一弹簧，所述第一弹簧位于所述第一台阶面和限位卡之间。
14、优选地，上述的环形岩心形变测量系统，其中所述径向探针、轴向探针均穿过所述u型槽，且所述限位环位于所述u型槽的另一侧。
15、优选地，上述的环形岩心形变测量系统，其中所述第二弹簧套设在所述顶杆的外部，所述顶杆穿过所述外罩且两者滑动连接，所述拨杆呈折弯状，所述拨杆铰接在所述外壳的内壁，所述拨杆的上端一侧与所述轴向探针的一端接触，所述拨杆的下端与所述顶杆的上端侧面接触，所述顶杆的上端呈椎台状，所述拨杆的下端呈圆弧状。
16、优选地，上述的环形岩心形变测量系统，其中所述顶杆的下端固定连接有连接板，所述第二弹簧位于所述外罩和所述连接板之间。
17、一种环形岩心形变测量系统的使用方法：
18、s1.利用钻探工具在地应力测量位置预先钻进用于安装环形岩心形变测量系统的测量孔；
19、s2.吊装矛头将环形岩心形变测量系统安装至测量孔，并锤击矛头，使上夹持头和下夹持头压缩，扩大夹持头和下夹持头的外径至与测量孔的壁面紧密接触，完成环形岩心形变测量系统在测量孔中的固定；
20、s3.环形岩心形变测量系统安装完毕后，利用钻探工具钻进直径大于倍测量孔直径的取心孔，取心孔钻进深度大于测量孔钻进深度；
21、s4.取心孔钻进完成后，拔断环形岩心，并将岩心及环形岩心形变测量系统回收，观察环形岩心是否完整，若完整则完成测量，若不完整则重复步骤s1～s4，直至取出完整环形岩心，结束测量；
22、s5.现场测量结束后，获取了环形岩心多个方向的径向位移、轴向位移、两个方向的偏转角度，再由弹性力学理论即可解算地应力。
23、本专利技术的有益效果是：该环形岩心形变测量系统在钻孔中工作时，无电子元器件暴露在钻孔环境中，测量系统不受钻孔中的温度和水压影响，理论上不受测量深度限制，突破了应力解除法无法在深孔中应用的技术瓶颈。
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1.一种环形岩心形变测量系统，其特征在于：包括从上到下依次连接的上夹持头(1)、电子元器件仓(2)、径向位移测量装置(3)、轴向位移测量装置(4)和下夹持头(5)；
2.根据权利要求1所述的环形岩心形变测量系统，其特征在于：所述第一膨胀支撑组件与第二膨胀支撑组件结构相同，所述第一膨胀支撑组件、第二膨胀支撑组件均包括滑杆(11)、多个肋片(12)、橡皮筋(13)、导向杆(14)，所述滑杆(11)的侧面设置有多条等角度排列的矩形槽(111)，所述滑杆(11)内部轴线方向上设置有圆柱孔，所述肋片(12)与所述矩形槽(111)一一对应，所述肋片(12)的内侧嵌入在所述矩形槽(111)内，所述肋片(12)与所述矩形槽(111)滑动连接。
3.根据权利要求2所述的环形岩心形变测量系统，其特征在于：所述肋片(12)内侧一端处设有凹槽，所述凹槽用于卡入矛头(15)或弧形头(51)。
4.根据权利要求3所述的环形岩心形变测量系统，其特征在于：所述肋片(12)外侧靠近两端处设置有周向的圆槽，所述橡皮筋(13)环绕在多个肋片(12)外侧，且所述橡皮筋(13)嵌入在所
5.根据权利要求4所述的环形岩心形变测量系统，其特征在于：所述导向杆(14)从所述滑杆(11)的内部圆柱孔伸出，位于上夹持头(1)中的导向杆(14)另一端通过丝扣与所述矛头(15)连接，位于下夹持头(5)中的导向杆(14)另一端通过丝扣与所述弧形头(51)连接，所述矩形槽(111)的深度沿轴向方向上递增，在上夹持头(1)内的滑杆(11)朝矛头(15)方向滑动时，由多个肋片(12)围成的圆周外径逐渐增大。
6.根据权利要求1所述的环形岩心形变测量系统，其特征在于：所述探针弹力组件包括第一弹簧(34)，所述外壳(31)的内腔固定有限位卡(33)，所述限位卡(33)上等距设置有多个U型槽(331)，所述U型槽(331)的数量与探针相同数量。
7.根据权利要求6所述的环形岩心形变测量系统，其特征在于：所述径向探针(32)与所述轴向探针(42)均包括弧形触头端(321)、第一台阶面(322)、第二台阶面(323)、限位环(324)、针尖(325)，所述限位环(324)固定套设在所述径向探针(32)的外部，所述径向探针(32)、轴向探针(42)的外部均套设有第一弹簧(34)，所述第一弹簧(34)位于所述第一台阶面(322)和限位卡(33)之间。
8.根据权利要求7所述的环形岩心形变测量系统，其特征在于：所述径向探针(32)、轴向探针(42)均穿过所述U型槽(331)，且所述限位环(324)位于所述U型槽(331)的另一侧。
9.根据权利要求8所述的环形岩心形变测量系统，其特征在于：所述第二弹簧(46)套设在所述顶杆(45)的外部，所述顶杆(45)穿过所述外罩(41)且两者滑动连接，所述拨杆(43)呈折弯状，所述拨杆(43)铰接在所述外壳(31)的内壁，所述拨杆(43)的上端一侧与所述轴向探针(42)的一端接触，所述拨杆(43)的下端与所述顶杆(45)的上端侧面接触，所述顶杆(45)的上端呈椎台状，所述拨杆(43)的下端呈圆弧状。
10.根据权利要求9所述的环形岩心形变测量系统，其特征在于：所述顶杆(45)的下端固定连接有连接板(47)，所述第二弹簧(46)位于所述外罩(41)和所述连接板(47)之间。
...【技术特征摘要】
1.一种环形岩心形变测量系统，其特征在于：包括从上到下依次连接的上夹持头(1)、电子元器件仓(2)、径向位移测量装置(3)、轴向位移测量装置(4)和下夹持头(5)；
2.根据权利要求1所述的环形岩心形变测量系统，其特征在于：所述第一膨胀支撑组件与第二膨胀支撑组件结构相同，所述第一膨胀支撑组件、第二膨胀支撑组件均包括滑杆(11)、多个肋片(12)、橡皮筋(13)、导向杆(14)，所述滑杆(11)的侧面设置有多条等角度排列的矩形槽(111)，所述滑杆(11)内部轴线方向上设置有圆柱孔，所述肋片(12)与所述矩形槽(111)一一对应，所述肋片(12)的内侧嵌入在所述矩形槽(111)内，所述肋片(12)与所述矩形槽(111)滑动连接。
3.根据权利要求2所述的环形岩心形变测量系统，其特征在于：所述肋片(12)内侧一端处设有凹槽，所述凹槽用于卡入矛头(15)或弧形头(51)。
4.根据权利要求3所述的环形岩心形变测量系统，其特征在于：所述肋片(12)外侧靠近两端处设置有周向的圆槽，所述橡皮筋(13)环绕在多个肋片(12)外侧，且所述橡皮筋(13)嵌入在所述圆槽内。
5.根据权利要求4所述的环形岩心形变测量系统，其特征在于：所述导向杆(14)从所述滑杆(11)的内部圆柱孔伸出，位于上夹持头(1)中的导向杆(14)另一端通过丝扣与所述矛头(15)连接，位于下夹持头(5)中的导向杆(14)另一端通过丝扣与所述弧形头(51)连接，所述矩形槽(111)的深度沿轴向方向上递增，在上夹持头(1)内的滑杆(11)朝矛头(15)方向滑动时，由多个肋片(12)围成的圆周外径逐渐增大。
6.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：王超，王益腾，韩增强，李耐振，汪进超，胡胜，
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：
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