CN105804735A - 一种三塞式水压致裂法地应力测试*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种三塞式水压致裂法地应力测试***。本发明的目的是提供一种结构简单、成本较低、适用于高应力状态的三塞式水压致裂法地应力测试***。本发明的技术方案是：一种三塞式水压致裂法地应力测试***，具有试验供水装置和主封隔器供压装置，以及置于钻孔内测试段上、下布置的两个主封隔器，试验供水装置经压力钢管连通上主封隔器的进水口，上主封隔器的出水口经花管连接下主封隔器，主封隔器供压装置经软管依次连通上、下主封隔器，其特征在于：钻孔内、上主封隔器的上方设置次封隔器，该次封隔器经软管连通钻孔外的次封隔器供压装置。本发明适用于水电、交通、石油和矿山等岩体工程超高压应力状态下的地应力测试。

Description

一种三塞式水压致裂法地应力测试***
技术领域
本发明涉及一种三塞式水压致裂法地应力测试***。适用于水电、交通、石油和矿山等岩体工程超高压应力状态下的地应力测试。
背景技术
四川锦屏二级水电站引水隧洞上覆岩体埋深1500～2000m，最大埋深约为2525m，具有埋深大、洞线长、洞径大的特点，为超深埋长隧洞特大型地下水电工程。最大地应力可达到70MPa以上，在隧洞开挖过程中，由于存在超高的地应力，局部岩体出现了强烈的岩爆和变形，给隧洞的设计、施工及安全带来很大的困难和隐患。常规的水压致裂法地应力测试***主要包括封隔器、压力钢管、液压泵和测试管路等)难以满足要求。
现行的水利水电工程岩体应力测试规程(DL-T5367-2007)和《水利水电岩石试验规程SL264－2001)中推荐的方法有：孔壁应变法、孔底应变法、孔径应变法、水压致裂法和表面应变法五钟。
在高应力状态下的大理岩岩体中，钻孔岩芯出现饼状的情况下，采用水压致裂法是较为有效的岩体应力测试方法。而常规的水压致裂法地岩体应力测试设备和***的最大测试压力为30～40MPa，显然远远达不到测试要求，需要研制出耐压超过100MPa的新设备和***，并采取相应的测试方法。
图1为常规的水压致裂法地岩体应力测试设备和***，使用双塞法，即通过钻杆将两个可膨胀的橡胶封隔器放置到选定的压裂段，加压使其膨胀、座封于孔壁上，形成承压段空间。然而当受高应力条件影响，测试孔钻进过程中，会出现孔径变大或变形，当岩体致裂压力大于80MPa时，由于上封隔器的内外压力差很大，会造成上封隔器顶端胶管破裂，导致测试无法继续进行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种结构简单、成本较低、适用于高应力状态的三塞式水压致裂法地应力测试***。
本发明所采用的技术方案是：一种三塞式水压致裂法地应力测试***，具有试验供水装置和主封隔器供压装置，以及置于钻孔内测试段上、下布置的两个主封隔器，试验供水装置经压力钢管连通上主封隔器的进水口，上主封隔器的出水口经花管连接下主封隔器，主封隔器供压装置经软管依次连通上、下主封隔器，其特征在于：钻孔内、上主封隔器的上方设置次封隔器，该次封隔器经软管连通钻孔外的次封隔器供压装置。
所述次封隔器内具有三通道，包括一个次封隔器供压通道，一个主封隔器供压通道，以及一个供水的中心通道。
所述次封隔器具有供水管，同轴套于供水管外的供压管，以及同轴套于供压管外的橡胶筒；
其中供压管与供水管之间留有间隙，供压管和供水管之间间隙的两端经密封圈封闭；
所述橡胶筒与供压管之间留有间隙，橡胶筒两端分别依次经连接头和连接管接于供水管两端；
一端的连接头内制有与供压管、供水管之间间隙连通的主供压管路和与橡胶筒、供压管之间间隙连通的次供压管路，另一端的连接头内制有与供压管和供水管之间间隙连通的主供压管路。
所述供水连接管螺纹连接于供水管端部，该供水连接管顶住所述密封圈。
本发明的有益效果是：本发明通过在上主封隔器上方设置次封隔器，避免了上主封隔器因外压力差造成上封隔器破裂的问题，确保高应力状态下岩体水压致裂法地应力测试取得成功。
附图说明
图1为现有技术的结构示意图。
图2为实施例的结构示意图。
图3为实施例中次封隔器的结构示意图。
图4为次封隔器的A部放大图。
具体实施方式
如图2所示，本实施例为一种三塞式水压致裂法地应力测试***，具有试验供水装置、主封隔器供压装置(高压水泵/油泵)和次封隔器供压装置(高压水泵/油泵)，以及置于钻孔内由上而下依次布置的次封隔器2和上、下两个主封隔器1。其中次封隔器2为三通道封隔器，主要组成部分包括：橡胶筒，双通道中心杆和双通道端部铁头。
如图3所示，本例中次封隔器2包括供水管201，同轴套于供水管外的供压管202，以及同轴套于供压管外的橡胶筒203。其中供压管201与供水管202之间留有间隙，供压管和供水管之间间隙的两端经密封圈204封闭。供压管201的两端经外螺纹螺纹连接供水连接管203，该供水连接管配合供压管201压紧密封圈204。本实施例中橡胶筒203两端分别固定于连接头205上，该连接头与同侧的连接管206螺纹连接，在橡胶筒203与供压管之间留有间隙。
本实施例在橡胶筒203一端的连接头205内制有与供压管和供水管之间间隙连通的主供压管路2051，以及与橡胶筒和供压管之间间隙连通的次供压管路2052；橡胶筒203另一端的连接头205内制有与供压管和供水管之间间隙连通的主供压管路2051。
本例中供水管201内具有供水的中心通道，给试验段供压，设计最高测试压力为100MPa；主供压管路2051配合供压管和供水管之间间隙形成主封隔器供压通道，给下方的两个主封隔器1供压，设计最高测试压力为100MPa；次供压管路2052配合橡胶筒和供压管之间间隙形成次封隔器供压通道，给自身封隔器供压，设计最高测试压力为40MPa。
本实施例中试验供水装置经压力钢管3和次封隔器2的中心通道连通上主封隔器1的进水口，上主封隔器1的出水口经花管5连接下主封隔器1；主封隔器供压装置经软管4和次封隔器2内为主封隔器1供压通道连通上、下主封隔器1；次封隔器供压装置经软管4连通次封隔器2。
本实施例的工作原理如下：本实施例在双塞封隔器的上端再增加一个可提供单独压力的次封隔器，即：在原有的双塞封隔器(两个主封隔器1)***上并联一个三通道封隔器(次封隔器2)，构成三塞封隔器***。
本例中水压致裂法地应力测试时，将连接有试验钢管和高压油管的可膨胀三只封隔器下到预定孔深位置后，分别向主、次封隔器加压，使得主、次三只封隔器的橡胶筒不断膨胀并与孔壁岩体紧密接触，当封隔器内压力达到预定的封隔压力(次封隔器2的压力为预估最高测试压力的一半)，然后停止加压；开始地应力测试。测试过程中主封隔器1的压力将随着试验段压力的增加而提高，而次封隔器2的压力增加幅度较小。

Claims (4)

1.一种三塞式水压致裂法地应力测试***，具有试验供水装置和主封隔器供压装置，以及置于钻孔内测试段上、下布置的两个主封隔器(1)，试验供水装置经压力钢管(3)连通上主封隔器的进水口，上主封隔器的出水口经花管(5)连接下主封隔器，主封隔器供压装置经软管(4)依次连通上、下主封隔器，其特征在于：钻孔内、上主封隔器的上方设置次封隔器(2)，该次封隔器经软管(4)连通钻孔外的次封隔器供压装置。
2.根据权利要求1所述的三塞式水压致裂法地应力测试***，其特征在于：所述次封隔器(2)内具有三通道，包括一个次封隔器供压通道，一个主封隔器供压通道，以及一个供水的中心通道。
3.根据权利要求2所述的三塞式水压致裂法地应力测试***，其特征在于：所述次封隔器(2)具有供水管(201)，同轴套于供水管外的供压管(202)，以及同轴套于供压管外的橡胶筒(203)；
其中供压管与供水管之间留有间隙，供压管和供水管之间间隙的两端经密封圈(204)封闭；
所述橡胶筒(203)与供压管之间留有间隙，橡胶筒(203)两端分别依次经连接头(205)和连接管(206)接于供水管(201)两端；
一端的连接头(205)内制有与供压管、供水管之间间隙连通的主供压管路(2051)和与橡胶筒、供压管之间间隙连通的次供压管路(2052)，另一端的连接头(205)内制有与供压管和供水管之间间隙连通的主供压管路(2051)。
4.根据权利要求3所述的三塞式水压致裂法地应力测试***，其特征在于：所述供水连接管(203)螺纹连接于供水管(201)端部，该供水连接管顶住所述密封圈(204)。
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