[发明专利]岩体破坏特性与地应力参数测量的钻孔横向贯入装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩体现场原位测试及地应力测试技术领域，更具体涉及一种岩体破坏特性与地应力参数测量的钻孔横向贯入装置，适用于岩石的现场原位试验，其利用普通的工程钻孔，将探头放入钻孔的任意深度，通过该装置获得地应力参数和岩体破坏参数。

背景技术

岩体力学参数的确定是判断岩体工程是否满足正常使用功能的前提和基础，也是指导工程设计和安全施工的重要依据。试验研究是确定岩体力学参数最直接的方法。其包括现场原位试验和室内试验。由于岩体中岩性、结构面的存在，岩体结构尺寸效应的影响，以及水、风化等外营力的作用，现场岩块取样及试验选点离散性大，使得岩体的力学行为与室内岩石试块所表现的力学行为之间存在着很大的差异，导致岩体试验参数存在较大的随机性及不确定性，而用原位试验确定岩体力学参数，能较好地反映岩体的自然特性。

岩体地应力参数是地壳地层力学状态最基础的原始数据，是确定工程岩体力学属性，进行围岩稳定性分析、岩土工程开挖设计和决策所必须的原始资料，它对于各类岩土工程的稳定性评价特别是洞室稳定性评价至关重要。

目前岩体的原位试验有在现场直接接触岩石，对岩石施加压力来获得变形参数的，包括开挖勘探平洞、竖井进行试验、钻孔Goodman千斤顶试验等，但由于受其成本过高和工期较长的影响，若非大型重要工程，很多工程对应的试验安排就较少或没有，而钻孔Goodman千斤顶主要获取岩体破坏前参数(即变形参数)，无法得到岩体破坏参数；另一种则为间接测量，包括岩石声波测试、钻孔摄像等，虽然可以深入岩体不同部位进行试验，但由于其不能对岩石直接施压，造成岩石变形或破坏，而是通过间接分析计算来获得岩体参数，带来较大的人为分析误差。

地应力的测量，就世界范围而言，目前主要的测量方法有数十种之多。最具代表性、比较成熟的五种方法由国际岩石力学学会试验方法委员会确定的岩石应力的建议方法，委员会于1987年通过规范规定为《岩石应力测定的建议方法》。它们是：扁平千斤顶法、孔径变形法、水压致裂法、孔壁应变法和空心包体应变法。但由于这些方法的成本都较高、试验周期较长、试验过程繁琐，使得许多工程都无法采用以上这些测试方法，导致很多工程缺乏足够的实测地应力资料。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种岩体破坏特性与地应力参数测量的钻孔横向贯入装置，该装置可以在现场进行原位岩石力学试验，且使用方便，成本低，精确、快捷，它可以利用较普遍的工程钻孔，突破Goodman千斤顶的受力面积限制，使被测岩体达到破坏，从而测出不同深度与风化带岩体的强度与变形参数，以及岩体的地应力参数。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

本套装置共有五部分组成，包括：探头、油压泵、传感器、油压控制系统、电源。利用工程钻孔，将仪器的探头放入钻孔的任意深度，通过油压泵的加压，使垫板上的多个不同曲率的锥头向外运动，承压板对孔壁施压，提供反力，由于锥头通过槽中的数据线连接数字位移传感器，可以使压力和位移数据在接收器上显示出来，直接获得锥头位移与压力关系曲线，通过分析可得到岩体的变形和破坏参数，以及地应力参数。最后通过回压孔回油卸载。

一种岩体破坏特性与地应力参数测量的钻孔横向贯入装置，它包括腔体、锥头、垫板、回压垫、活舌、加压孔、承压板、布线槽、回压孔、数字位移传感器；其特征在于：腔体为中空的开口圆柱体，在腔体中留有加压孔、回压孔和布线槽，通过回压垫将活舌固定在腔体中，连接处用橡胶圈进行密封，活舌与腔体形成密封空间，数字位移传感器固定在腔体中，利用螺丝将垫板固定在活舌和数字位移传感器的上部，锥头通过螺丝固定在垫板上，数字位移传感器上的数据线放入布线槽中，连接到外部数据接收器上，承压板通过螺丝固定于腔体上。通过本发明对加压孔加压，推动活舌使垫板、锥头向外运动，对钻孔壁施压，使钻孔壁发生变形破坏，施压过程中承压板提供反力，数字位移传感器通过布线槽中的数据线将锥头的位移数据传送到接收器中，最后通过回压孔卸载。

在这整个过程中，可以在钻孔的任意深度和任意方形进行施压，同时获取多条位移曲线，从而得到连续的变形、破坏曲线。整个过程用时较少，达到了精确、简便、经济的目的。且锥头可以根据不同种类的岩体进行加工，获得所需的岩石应力与破坏参数。其主要应用于在受外界扰动、风化、卸荷、爆破影响较小、成本较低、使用简便的情况下，直接获取与工程设计、施工等方面相关的岩体破坏参数和地应力。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

①在试验过程中，可以通过工程钻孔深入到任意深度的岩体当中，对任意方向进行试验。