[发明专利]基于弯曲钻孔的孔底应力解除测量地应力的方法及装置

权利要求书

1.一种基于弯曲钻孔的孔底应力解除测量地应力的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，在地下岩体中钻进直孔至原岩应力区；

步骤二，将孔底磨平处理；

步骤三，将探头粘贴至孔底岩面中心处；

步骤四，将仪器所有通道应变值清零后，进行应力解除作业，获得孔底应力解除的弹性恢复应变值，同时记录整个过程中的温度变化情况；

步骤五，在直孔内适当位置造斜并进行弯曲孔钻进，待该分叉孔的孔底岩面超出直孔钻进的应力调整影响范围后停止钻进，然后重复步骤二至四；

步骤六，在直孔内的同一位置向另一侧造斜并进行弯曲孔钻进，待该分叉孔的孔底岩面超出直孔钻进的应力调整影响范围后停止钻进，然后重复步骤二至四；

步骤七，利用孔底套钻出来的岩芯加工成标准岩石力学试件，通过单轴压缩试验测取其弹性参数，包括弹性模量及泊松比；

步骤八、根据现场记录的温度变化实测值，校正和消除探头因温度效应产生的附加应变值，获得分叉孔底处应力解除的最终解除应变值；

步骤九、利用空间上互不平行的三组孔底面上的最终解除应变值、弹性参数，结合弹性力学公式，建立方程组进行迭代求解，计算得出该测量点的三维地应力数据。

2.根据权利要求1所述的基于弯曲钻孔的孔底应力解除测量地应力的方法，其特征在于，步骤一中在地下岩体巷道的侧墙或掌子面施工钻进近水平的直孔，使直孔保持3°～6°的仰角，钻孔深度达到原岩应力区。

3.根据权利要求1所述的基于弯曲钻孔的孔底应力解除测量地应力的方法，其特征在于，步骤二中利用全断面金刚石磨平的钻头对水平孔孔底进行磨平，之后先用清水冲洗干净底面岩粉，再用高压风雾化的丙酮溶剂喷射冲洗去油去水、干燥。

4.根据权利要求1所述的基于弯曲钻孔的孔底应力解除测量地应力的方法，其特征在于，步骤三中的探头为应变花探头，将应变花探头的公插头与探头定向安装组件的母插头匹配连接好，探头定向安装组件的开口端通过异径接头与钻杆相连，信号线从钻杆内部引出后连接应变仪及控制器，确认系统达到正常测量状态，在应变花探头外表面上涂覆一薄层的应变胶，通过钻机将钻杆及定向安装组件缓缓推进钻孔中，快到孔底时通过定向安装组件的三维电子罗盘显示的数据稍微转动钻杆，使应变花探头的水平标线设整为与水平方向重合，最后直推钻杆前进，使应变花探头的涂胶面与孔底岩面中心处紧密接触，直至完全粘贴牢固。

5.根据权利要求1所述的基于弯曲钻孔的孔底应力解除测量地应力的方法，其特征在于，步骤五中用少量碎石堵于直孔孔底部分，在直孔内合适位置安装弯曲钻进导向楔，进行造斜处理，使得钻头进行二次钻进的时候偏离水平孔轴线走向并产生夹角，待弯曲孔深度达到直孔直径的3～5倍时停止钻进，然后对弯曲孔孔底进行磨平、清洗，重复步骤二至四，获得该分叉孔的孔底平面解除应变，步骤六与步骤五类似。

6.一种基于弯曲钻孔的孔底应力解除测量地应力的装置，应用于如权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，包括钻孔组件、探头定向安装组件、应变花探头和弯曲钻进导向楔，所述钻孔组件与所述探头定向安装组件可拆卸连接，所述应变花探头与所述探头定向安装组件电连接，所述弯曲钻进导向楔可选择设置在钻孔内，所述弯曲钻进导向楔的一端为柱形，另一端为楔形，所述楔形的一侧与所述弯曲钻进导向楔的中线平行，所述楔形的另一侧与所述弯曲钻进导向楔的中线呈一斜角。

7.根据权利要求6所述的基于弯曲钻孔的孔底应力解除测量地应力的装置，其特征在于，所述钻孔组件包括与钻机连接的钻杆，所述钻杆的端部设置有一异径接头，所述异径接头的外端与所述探头定向安装组件连接。