一种钻孔内围岩三向变形测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种钻孔内围岩三向变形测量装置，该装置由横向测试装置与竖向测试钢片相连，竖向测试钢片上贴有第一电阻应变片。横向测试装置上有横向测试装置卡槽，支撑导向杆上一端有横向测试装置卡槽匹配的螺纹端部，支撑导向杆上的一端与横向测试装置相连，支撑导向杆上配有支撑杆平衡定位托，竖向测试钢片及钢片上贴的第一电阻应变片固定在横向测试装置上，而横向测试装置上的强力支撑装置支撑于孔壁上，横向测试装置探头与横向测试装置钢片相连，在横向测试装置探头的一端装有第二电阻应变片。该装置结构简单，使用方便，能够准确测量钻孔内围岩的三向变形，对工程岩体的适应性广泛，不受岩体种类的限制。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及钻孔内围岩三向变形测量
，具体来说是涉及一种钻孔内围岩三向变形测量装置，其主要功能是能够对钻孔内纵向以及钻孔截面的两个垂直径向进行三向变形监测，并结合时滞性岩爆发生前的变形特征对岩爆风险进行预测评估。
技术介绍
随着我国地下工程的不断进步和发展，水电、交通及采矿工程中有不断向深部发展，大多数重点大型工程项目具有埋深大、地应力高的特点，面临着岩爆的巨大威胁。岩爆的预测工作对工程而言不仅仅能够保护生命财产安全，还能保证工程的顺利开展。从工程实践来看，目前岩爆的预测研究大致集中在以下三个方面(1)在室内试验的基础上建立的各类判据法预测岩爆，也是目前理论研究比较丰富的一个方面，例如陶振宇判据、岩爆冲击性指标、Russenes岩爆判据法等等。(2)基于经验和数学分析基础上的多指标综合判定方法，例如模糊数学以及智能方法在岩爆预测中的应用等。(3)基于地质和现场监测技术对岩爆进行的实时动态反馈预测方法。这类方法往往运用声发射、微震、电磁波等等先进手段对岩体进行监测预报。目前岩爆的预测还处在一种粗放式的研究中，预测的准确性还比较低。一方面，由于岩爆形成的机制复杂，相关因素多；另一方面，工程实际的地质条件千差万别，给确定标准化的岩爆预测手段带来了极大的干扰。岩爆的发生不仅取决于岩石本身的性质，还取决于所赋存的地质环境和工程环境。如何准确的预测岩爆，已经成为了一项刻不容缓的工作。众所周知，岩爆的发生具有明显的时间滞后性，即岩爆的发生往往是滞后于工程岩体的开挖时间。岩爆的滞后性为预测和防治工程灾害赢得了宝贵的时间，通过工程现场观察总结发现，发生岩爆的卸荷岩体往往会发育有丰富的裂隙，一方面由于岩爆的时滞性， 裂隙有充分的时间扩展，另一方面卸荷岩体进行应力的自适应调整，当无法满足岩体的稳定性要求时就有可能以岩爆的方式来释放能量。我国学者提出的板状裂化模型就是对这种现象的简明概括。在室内试验中，通过对岩爆洞段的岩石进行峰前的单轴静态加载，发现岩样在时间的累计作用下，在轴向压力方向也产生了大量的裂纹，这与现场工程情况吻合。通过对现场情况的总结和对室内试验的分析发现，岩爆岩体在最大主应力方向的应变一般小于卸荷方向，体现在单轴静加载试验的岩样上，即环向应变一般要大于轴向应变。而在常规的单轴压缩试验中，岩样的轴向应变一般是大于其环向应变的。利用这个性质，我们设计了钻孔内围岩三向变形测量装置，该装置不仅能够抓住岩爆岩体的本质变形特点对岩爆进行预测，还能够对围岩的安全起到一定的预警作用。
技术实现思路
本技术的目的是在于提供了一种钻孔内围岩三向变形测量装置，结构简单， 使用方便，能够准确测量钻孔内围岩的三向变形，并结合现场地质特征以及岩爆的变形孕育特征来预测岩爆的发生。该装置对工程岩体的适应性广泛，不受岩体种类的限制。为了实现上述的目的，本技术采用以下技术措施一种钻孔内围岩三向变形测量装置，它由横向测试装置、第一竖向测试钢片、第二竖向测试钢片、第一电阻应变片、支撑导向杆、支撑杆平衡定位托组成，其中横向测试装置包括强力支撑装置、横向测试装置探头、第二电阻应变片以及横向测试装置钢片，其特征在于横向测试装置与贴有第一电阻应变片的第一竖向测试钢片和第二竖向测试钢片相连， 支撑导向杆端部与横向测试装置卡槽相连接，横向测试装置通过横向测试装置卡槽固定在支撑导向杆上，支撑导向杆上装有支撑杆平衡定位托，第一竖向测试钢片、第二竖向测试钢片支撑在横向测试装置中的弹簧外套管上，强力支撑装置起到固定整个横向测试装置的作用，横向测试装置探头与横向测试装置钢片相连，且在横向测试钢片两面均贴有第二电阻应变片。所述的横向测试装置包括强力支撑装置、横向测试装置探头、第二电阻应变片和横向测试装置钢片，强力支撑装置起到支撑固定整个横向测试装置的作用，横向测试装置探头一端接触钻孔壁，另一端连接横向测试装置钢片的中点，第二电阻应变片布置在横向测试装置钢片的两面。横向测试装置与竖向测试钢片的重复排列，其作用是对钻孔内任意小段进行三向变形监测。五个或者五个以上横向测试装置与相匹配的第一竖向测试钢片与第二竖向测试钢片以及钢片上的第一电阻应变片作为测试主体，其中横向测试装置测量围岩的平行于钻孔截面的平面上任意两个方向的变形，第一竖向测试钢片与第二竖向测试钢片以及贴在钢片上的第一电阻应变片测量钻孔中某一小段沿钻孔方向的变形。安装时，竖向测试钢片和竖向测试钢片以及钢片上贴的电阻应变片固定在一个横向测试装置上，放入钻孔后顶在前一个横向测试装置上，当该小段的洞径方向的变形使得第一竖向测试钢片和第二竖向测试钢片产生变形，第一电阻应变片阻值的改变将标定这一变形。横向测试装置是由强力支撑装置和由横向测试装置探头、第二电阻应变片、横向测试装置钢片组成的，其作用是固定测点的位置和测量该段的沿孔径向的变形。强力支撑装置包括四个强力支撑弹簧、四个支撑小钢球、四个弹簧外套管和横向测试装置卡槽，支撑小钢球在强力支撑弹簧在作用下支撑在孔壁上，在强力支撑弹簧的弹簧外套管上安装着横向测试装置钢片，横向测试装置钢片的中点处连接横向测试装置探头。其中，四个支撑小钢球通过四个强力支撑弹簧作用支撑在孔壁上，起到固定整个横向测试装置的作用。当横向测试装置送入钻孔后，强力支撑弹簧压缩的反力将作为支撑力牢牢支撑在钻孔壁上，起到固定的作用。在四个强力支撑弹簧的弹簧外套管上安装着四个长为8cm的横向测试装置钢片，横向测试装置钢片的中点处连接横向测试装置探头，横向测试装置探头直接顶在钻孔壁上，其作用是监测孔壁沿孔径方向的变形，孔径方向变形的改变将使得横向测试装置钢片两面电阻应变片的电阻值发生改变从而获得该方向上的变形值。第一竖向测试钢片与第二竖向测试钢片都分别与弹簧外套管通过螺丝相连接，起到固定竖向测试钢片的作用，且固定在该横向测试装置上的竖向测试钢片与竖向测试钢片的另一端顶在下一个横向测试装置的弹簧外套管上，能够获得较好的弹性以便监测。支撑导向杆的端头尺寸与横向测试装置卡槽的尺寸互相匹配，其连接方式如图1 所示，支撑导向杆放置与平衡定位托的扇形内弧，外弧与钻孔壁贴合，而平衡定位托置于钻孔中，与孔壁相接触，其作用是平衡定位托与支撑导向杆的相互配合能够使得横向测试装置在安装的过程中始终保持垂直于洞轴线方向。将横向测试装置固定的支撑导向杆和平衡定位托，安装过程中支撑导向杆始终保持在与钻孔的中心线重合的位置。其中导向杆和辅助平衡托是安装竖向和横向测试装置的工具，不直接参与测试工作。支撑导向杆和平衡辅助托共同工作能够确保孔径方向的测量位置是垂直于洞轴线的；竖向测试装置的两个支点分布在前后的两个横向测试装置的弹簧外套管上，对洞轴线方向的变形进行测量；横向测试装置能够支撑在围岩上且对孔径方向的任意两向变形进行监测。支撑导向杆端部为螺纹卡头，与横向测试装置的横向测试装置卡槽的内圈螺纹是互相匹配的。支撑导向杆与横向测试装置的卡槽互相连接，通过平衡辅助托的帮助将横向测试装置送入半径为15cm的钻孔中，将横向测试装置放入既定的位置后，反旋支撑导向杆，支撑导向杆的端部与横向测试装置的卡槽脱离连接即可将支撑导向杆退出。支撑导向杆退出后可进行下一个横向测试装置的安装，此时特别注意在两个横向测试装置之间支撑着两个竖向测试钢片、第本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种钻孔内围岩三向变形测量装置，它由横向测试装置（２）、第一竖向测试钢片（３）、第二竖向测试钢片（４）、第一电阻应变片（５）、支撑导向杆（１４）、支撑杆平衡定位托（１５）组成，其中横向测试装置（２）包括强力支撑装置（１０）、横向测试装置探头（６）、第二电阻应变片（７）以及横向测试装置钢片（８），其特征在于：横向测试装置（２）与贴有第一电阻应变片（５）的第一竖向测试钢片（３）和第二竖向测试钢片（４）相连，支撑导向杆（１４）端部与横向测试装置卡槽（１３）相连接，横向测试装置（２）通过横向测试装置卡槽（１３）固定在支撑导向杆（１４）上，支撑导向杆（１４）上装有支撑杆平衡定位托（１５），第一竖向测试钢片（３）、第二竖向测试钢片（４）支撑在横向测试装置（２）中的弹簧外套管（９）上，横向测试装置探头（６）与横向测试装置钢片（８）相连，在横向测试钢片两面均贴有第二电阻应变片（７）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周辉，杨艳霜，徐速超，李震，徐荣超，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：实用新型
国别省市：83