[发明专利]地质钻孔孔壁围岩应变测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种测量技术领域的装置，具体是一种地质钻孔孔壁围岩应变测量装置。

背景技术

地壳的应力状态是地壳最重要的性质之一，充分认识和理解地壳应力状态不仅是地质力学、地球物理学，更是岩石力学与工程中十分重要的问题之一，而原位岩石应力测量则是获取地壳应力状态资料最直接、最可靠的手段。国内外针对原位岩石应力测量方法和技术的研究已有70余年的发展历史，相关的测试仪器也有数十种之多，其中以钻孔应力解除法为基础的测量设备在岩土工程领域得到了普遍的应用，并且在技术上也比较成熟和完善。尽管如此，钻孔应力解除法原位岩石应力测量技术在实际应用中仍然存在着其自身的局限性。

经对现有技术的文献检索发现，蔡美峰、乔兰、李华斌，在1995年出版的《地应力测量原理和技术》[北京：科学出版社，79-84页]一书中给出了南非科学和工业研究委员会(CSIR)研制的CSIR三轴孔壁应变计，CSIR三轴孔壁应变计主要由前端盖、岩石圆片、温度补偿应变片、应变花插头导孔、应变计主架、活塞、电子接线插针、后端盖构成，各部件依次按顺序安装在应变计主架上，前端盖后端部有一圆槽，圆槽上贴一用于温度补偿用的应变片，使用时首先将一岩石圆片胶结在前端盖后端部的应变片上，供温度补偿用；后端盖的前端与连接电阻应变片的电子接线插针相连；活塞安装在主架上，活塞上粘贴有电阻应变花；具体测量时，先在岩体内钻一测量小孔，用专门工具将应变计送入钻孔中的测点部位，启动风动压力，将活塞推出，使其端部与钻孔保持紧密接触，直至胶结固化为止；然后再在测量小孔外围钻同心大孔，进行套芯应力解除作业，同时记录应变花的读数变化，并据此来计算测点的岩石应力值。利用这种仪器测量应变时，需要进行套钻作业，当钻孔超过一定深度时，容易出现断芯问题而导致测量失败，这也是采用这种方法时岩石应力测量成功率低的一个重要原因。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出了一种地质钻孔孔壁围岩应变测量装置，使其用预先设计的应变片或应变花贴片臂把防水应变片或应变花直接粘贴到要测量的孔壁上，然后用薄壁金刚石取芯钻头在贴好应变片的孔壁壁面上进行环形切割钻进作业，待钻进达到一定深度后，由于环形切割所形成的圆柱状岩样就被从围岩分离开来，储存于被解除岩样的岩石应力即被释放，由此引起局部壁面产生的应变就被粘贴在其上的应变片或应变花记录下来了。只要在钻孔内的一小段局部孔壁上用此方法测得几个不同部位的正应变值，然后把这些应变测量值组合起来，并根据岩石材料的本构关系即可确定测量点的岩石应力分量，从而也就确定了测量点的地应力状态。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：提升机构、密封电缆接头、电子设备仓、多路应变测量仪、计算机控制单元、冷却泵仓、上封隔器、应变测量主工作部、推送机构、内缸套、下封隔器、下设备仓、外缸套，其中，提升机构与外缸套的上端部相连接，密封电缆接头与电子设备仓相连，作为电子设备仓的输出端口，电子设备仓位于提升机构下方，电子设备仓内设置有多路应变测量仪和计算机控制单元，电子设备仓下方设有冷却泵仓，冷却泵仓下方设有上封隔器，上封隔器与外缸套固定连接，下封隔器与外缸套下端部固定连接，应变测量主工作部与内缸套、推送机构装配成一体，并置于上封隔器和下封隔器之间，下设备仓位于外缸套的尾部。

所述应变测量主工作部，包括：环形槽切割装置、岩石表面处理组件、喷涂胶及应变片剥离组件、应变片贴片组件、工作过程状态检测元件、上部水平机座、下部水平机座，环形槽切割装置包括薄壁金刚石取芯钻头及带键齿钻具套，带键齿钻具套与薄壁金刚石取芯钻头通过螺纹相连接，岩石表面处理组件固定在下部水平机座上，喷涂胶及应变片剥离组件固定于上部水平机座上，并置于薄壁金刚石取芯钻头的上侧，应变片贴片组件设置在由薄壁金刚石取芯钻头及带键齿钻具套所形成的筒体内，工作过程状态检测元件设置在薄壁金刚石取芯钻头的外侧。