CN207366116U - 一种可回收的地应力测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种可回收的地应力测量装置，包括导向杆，接头保护套、基体钢管、辅助腔、测试腔、圆形金属垫片、导向头、弹性膜、应变花、注液管、注气管、金属固定套、读数导线、快速接头、紧固螺母、液体加压装置、气体加压装置、差压调节阀、数据采集装置、三通控制阀、注液软管、注气软管、辅助腔聚氨酯管和测试腔聚氨酯管，使用时通过导向杆将装置送入岩芯钻孔指定位置处后，分别通过气体加压装置借助注气管向辅助腔和液体加压装置借助注液管向测试腔中加压，再通过三通控制阀和差压调节阀使得辅助腔聚氨酯管和测试腔聚氨酯管的压力保持一致，确保沿着测试腔产生一个真实的圆柱状变形，进而使得弹性膜完全贴紧在孔壁上，解除岩芯的应力，通过应变花和数据采集装置采集岩芯的变形量，进而得到应力解除前岩体的地应力，通过取出岩芯还可回收本装置，通过更换弹性膜即可实现重复多次利用。由于本装置可以保证弹性膜完全贴合于孔壁上，保证了应变花与岩壁的耦合质量，采用套孔应力解除法原理，可准确得到岩体的地应力。本装置操作简单，求得数据准确性高且可重复利用，故实用性极强。
Description
技术领域
本实用新型涉及现场测试地应力的方法及测量装置，尤其是通过现场岩体套孔应力解除法求地应力的测量试验，属于岩体力学和工程技术领域。
背景技术
随着目前在水利水电、矿山、交通等领域需要修建的深部地下工程日趋增多。开挖地质条件恶化、地应力增大、破碎岩体增多、水头压力和涌水量加大、地温升高等因素对深部地下工程造成显著影响，为研究深部地下工程岩体的力学性质，尤其是高应力条件下工程岩体的应力参数，较为直接、经济的途径是进行现场岩体应力测量，而套孔应力解除法又是最为常见的岩体应力测量方法之一。
目前传统的套孔应力解除法从整体上来看，套孔应力解除法不仅具有使用方便、成本低等优点，同时还能够对单孔三维应力进行测量，然而在实际测量中，微裂隙及岩体晶粒对套孔应力解除法影响较大，从而导致应变计读数的漂移量过高。且该方法中所涉及的防潮及粘贴技术十分复杂，特别是当在有水钻孔中进行测量时，其困难系数将剧增。
而空心包体应变法能有效的避免微裂隙、岩体晶体和水对获取准确测量结果的影响，但空心包体应变计的环氧树脂空心包体传感器的制作是一项十分细致的工作，对树脂、固化剂材料的配比要求十分严格，尤其对实验温度的控制要求苛刻。若树脂、固化剂配比掌握不合适，制成的传感器性能就不稳定，温度控制的不合适也可能导致制作过程的失败。
鉴于现有岩体测量方法和装置所存在的问题，如传统套孔应力解除法中应变花直接贴在孔壁岩体上使得应变花与孔壁的接触面小，很难保证胶结质量；而空心包体应变计的环氧树脂空心包体传感器的制作要求苛刻，不易操作等问题，提出一种基于套孔应力解除法，采用间接应变测量，能方便准确的测得岩体地应力，适应高温、有水等恶劣测量环境，且可回收的地应力测 量装置。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种可回收的地应力测量装置，其使用方便，能够适应高温、有水等恶劣测量环境，能回收再利用，准确地获取现场地应力数据，为深部地下工程的稳定性评估和灾害防控提供准确的应力演化数据。
为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是：
一种可回收的地应力测量装置，包括导向杆，接头保护套、基体钢管、辅助腔、测试腔、圆形金属垫片、导向头、弹性膜、应变花、注液管、注气管、金属固定套、读数导线、快速接头、紧固螺母、液体加压装置、气体加压装置、差压调节阀、数据采集装置、三通控制阀、注液软管、注气软管、辅助腔聚氨酯管和测试腔聚氨酯管所组成，所述测试腔聚氨酯管套在基体钢管的中部，与基体钢管形成测试腔，所述辅助腔聚氨酯管位于测试腔聚氨酯管的两端，套在基体钢管上，并与基体钢管形成辅助腔，辅助腔两端设有金属圆形垫片，所述金属圆形垫片两侧安装有紧固螺母，从而使得测试腔聚氨酯管和辅助腔聚氨酯管固定在基体钢管上，所述弹性膜通过两端的金属固定套固定在辅助腔聚氨酯管和测试腔聚氨酯管上，其内部设有应变花，所述基体钢管的右侧连接有导向头，左侧连接有接头保护套，所述测试腔聚氨酯管中部对应的基体钢管上设有注液孔，所述辅助腔中部对应的基体钢管上设有注气孔，所述基体钢管内部设有注液管、注气管和读数导线，所述注液管通过注液孔与测试腔相连通，所述注气管通过注气孔与辅助腔相连通，所述注液管、注气管和读数导线从基体钢管左侧伸出，所述注液管和注气管均在接头保护套内通过快速接头与注液软管和注气软管相连，所述导向杆可卡扣接头保护套的左侧，所述注液软管通过导向杆内部与外部液体加压装置相连接，所述注气软管通过导向杆内部与外部气体加压装置相连接，所述注液软管和注气软管在外部通过三通控制阀与差 压调节阀相连接，所述读数导线一端通过位于基体钢管上的读数导线钻孔和圆形金属垫片上的垫片钻孔与弹性膜上的应变花相连，所述读数导线另一端与数据采集装置相连接。
本实用新型一种可回收的地应力测量装置，其中，所述基体钢管为不锈钢材质，空心结构。
本实用新型一种可回收的地应力测量装置，其中，所述弹性膜为环氧树脂材质。
本实用新型一种可回收的地应力测量装置，其中，所述导向杆为空心结构。
本实用新型一种可回收的地应力测量装置，其中，所述接头保护套为空心结构。
本实用新型一种可回收的地应力测量装置，其中，所述读数导线钻孔位于紧固螺母和接头保护套之间的基体钢管上。
本实用新型一种可回收的地应力测量装置，其中，所述快速接头为一种达到设定压力会自动断开的接头。
采用上述方案后，由于本实用新型包括导向杆，接头保护套、基体钢管、辅助腔、测试腔、圆形金属垫片、导向头、弹性膜、应变花、注液管、注气管、金属固定套、读数导线、快速接头、紧固螺母、液体加压装置、气体加压装置、差压调节阀、数据采集装置、三通控制阀、注液软管、注气软管、辅助腔聚氨酯管和测试腔聚氨酯管，通过导向杆将装置送入岩芯钻孔指定位置处后，分别通过气体加压装置借助注气管向辅助腔和液体加压装置借助注液管向测试腔中加压，再通过三通控制阀和差压调节阀使得辅助腔聚氨酯管和测试腔聚氨酯管的压力保持一致，确保沿着测试腔产生一个真实的圆柱状变形，进而使得弹性膜完全贴紧在孔壁上，解除岩芯的应力，通过应变花和数据采集装置采集岩芯的变形量，进而得到应力解除前岩体的地应力，通过取出岩芯即可回收本装置，通过更换弹性膜即可实 现本装置重复多次利用。由于本装置可以保证弹性膜完全贴合于孔壁上，保证了应变花与岩壁的耦合质量，采用套孔应力解除法原理，可准确得到岩体的地应力。本装置操作简单，求得数据准确性高且可重复利用，故实用性极强。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步具体说明。
图1为本实用新型的一种可回收的地应力测量装置的剖面图。
图2为本实例中钻孔施工示意图。
图3为本实用新型的一种可回收的地应力测量装置工作过程示意图。
图4为本实用新型的一种可回收的地应力测量装置数据采集示意图。
图中，1-导向杆，2-接头保护套，3-基体钢管，4-辅助腔，5-测试腔，6-圆形金属垫片，7-导向头，8-弹性膜，9-应变花，10-注液管，11-注气管，12-金属固定套，13-读数导线，14-快速接头，15-紧固螺母，16-液体加压装置，17-气体加压装置，18-差压调节阀，19-数据采集装置，20-三通控制阀，21-大钻孔，22-小钻孔，23-筒状岩芯，24-基岩,25-孔壁，101-注液软管，111-注气软管，301-读数导线钻孔，401-辅助腔聚氨酯管，501-测试腔聚氨酯管，601-垫片钻孔，1001-注液孔，1101-注气孔。
具体实施方式
为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图及具体实施方案进行详细描述。
如图1所示，一种可回收的地应力测量装置，包括导向杆1，接头保护套2，基体钢管3，辅助腔4，测试腔5，圆形金属垫片6，导向头7，弹性膜8，应变花9，注液管10，注气管11，金属固定套12，读数导线13，快速接头14，紧固螺母15，注液软管101，注气软管111，辅助腔聚氨酯管401，测试腔聚氨酯管501，注液孔1001，注气孔1101，所述测试腔聚 氨酯管501套在基体钢管3的中部，与基体钢管3形成测试腔5，所述辅助腔聚氨酯管401位于测试腔聚氨酯管501的两端，套在基体钢管3上，并与基体钢管3形成辅助腔4，辅助腔4两端设有金属圆形垫片6，所述金属圆形垫片6两侧安装有紧固螺母15，从而使得测试腔聚氨酯管501和辅助腔聚氨酯管401固定在基体钢管3上，所述弹性膜8通过两端的金属固定套12固定在辅助腔聚氨酯管401和测试腔聚氨酯管501上，其内部设有应变花9，所述基体钢管3的右侧连接有导向头7，左侧连接有接头保护套2，所述测试腔聚氨酯管501中部对应的基体钢管3上设有注液孔1001，所述辅助腔4中部对应的基体钢管3上设有注气孔1101，所述基体钢管3内部设有注液管10、注气管11和读数导线13，所述注液管10通过注液孔1001与测试腔5相连通，所述注气管11通过注气孔1101与辅助腔4相连通，所述注液管10、注气管11和读数导线13从基体钢管3左侧伸出，所述注液管10和注气管11均在接头保护套2内通过快速接头14与注液软管101和注气软管111相连，接头保护套2的左侧连接有导向杆1，如图2所示，所述注液软管101通过导向杆1内部与外部液体加压装置16相连接，所述注气软管111通过导向杆1内部与外部气体加压装置17相连接，所述注液软管101和注气软管111在外部通过三通控制阀20与差压调节阀18相连接，所述读数导线13一端通过位于基体钢管3上的读数导线钻孔301和圆形金属垫片6上的垫片钻孔601与弹性膜8上的应变花9相连，所述读数导线13另一端与数据采集装置19相连接。
本实用新型的具体实施案例如下：
1、如图2所示，先用岩芯钻头在基岩24上钻大钻孔21至预测深度，取出岩芯，磨平孔底，并冲洗干净，再在大钻孔21底面钻同心小钻孔22至预测深度。
2、将安装完成的一种可回收的地应力测量装置通过导向杆1和导向头7慢慢送入小钻孔22指定位置处。
3、如图3所示，关闭注气导管111至差压调节阀18的三通控制阀门20和注液导管101至差压调节阀18的三通控制阀门20，先打开气体加压装置17开关，使得高压气体依次通过注气软管111、注气管11、注气孔1101进入辅助腔4中，通入一段时间的高压气体后，使得辅助腔聚氨酯管401逐渐膨胀，直至触碰到孔壁25，关闭气体加压装置17开关，再打开液体加压装置18开关，使得高压液体依次通过注液软管101、注液管10、注液孔1001进入测试腔5中，通入一段时间的高压液体后，使得测试腔聚氨酯管501逐渐膨胀，再打开先前关闭的三通控制阀门20，通过差压调节阀18使得辅助腔聚氨酯管401和测试腔聚氨酯管501的压力保持一致，达到额定压力时，快速接头14自动断开，确保沿着测试腔5产生一个真实的圆柱状变形，进而使得弹性膜8完全贴紧在孔壁25上，调节通过读数导线13连接应变花9的数据采集装置19，使得此时的应变量为零。
4、如图4所示，抽出导向杆1、注液软管101和注气软管111，延深大钻孔21，使得筒状岩芯23与基岩24分离，实现应力解除，则筒状岩芯23发生形变使紧贴其上的弹性膜8也发生形变，通过数据采集装置19记录自此之后的应变花9的数据变化，直至数据不再改变，通过相关的数据分析处理即可准确得出此处岩体的地应力大小。
5、取出筒状岩芯23，从而回收本实用新型的一种可回收的地应力测量装置，通过排除腔体内的流体，更换弹性膜8、应变花9和金属固定套12即可重复使用。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种可回收的地应力测量装置，包括导向杆(1)、接头保护套(2)、基体钢管(3)、辅助腔(4)、测试腔(5)、圆形金属垫片(6)、导向头(7)、弹性膜(8)、应变花(9)、注液管(10)、注气管(11)、金属固定套(12)、读数导线(13)、快速接头(14)、紧固螺母(15)、液体加压装置(16)、气体加压装置(17)、差压调节阀(18)、数据采集装置(19)、三通控制阀(20)、注液软管(101)、注气软管(111)、辅助腔聚氨酯管(401)、测试腔聚氨酯管(501)、注液孔(1001)、注气孔(1101)，所述测试腔聚氨酯管(501)套在基体钢管(3)的中部，与基体钢管(3)形成测试腔(5)，所述辅助腔聚氨酯管(401)套在测试腔聚氨酯管(501)的两端，套在基体钢管(3)上，并与基体钢管(3)形成辅助腔(4)，辅助腔(4)两端设有金属圆形垫片(6)，所述金属圆形垫片(6)两侧安装有紧固螺母(15)，从而使得测试腔聚氨酯管(501)和辅助腔聚氨酯管(401)固定在基体钢管(3)上，所述弹性膜(8)通过两端的金属固定套(12)固定在辅助腔聚氨酯管(401)和测试腔聚氨酯管(501)上，其内部设有应变花(9)，所述基体钢管(3)的右侧连接有导向头(7)，左侧连接有接头保护套(2)，所述测试腔聚氨酯管(501)中部对应的基体钢管(3)上设有注液孔(1001)，所述辅助腔(4)中部对应的基体钢管(3)上设有注气孔(1101)，所述基体钢管(3)内部设有注液管(10)、注气管(11)和读数导线(13)，所述注液管(10)通过注液孔(1001)与测试腔(5)相连通，所述注气管(11)通过注气孔(1101)与辅助腔(4)相连通，所述注液管(10)、注气管(11)和读数导线(13)从基体钢管(3)左侧伸出，所述注液管(10)和注气管(11)均在接头保护套(2)内通过快速接头(14)与注液软管(101)和注气软管(111)相连，导向杆(1)卡扣在接头保护套(2)左侧，所述注液软管(101)通过导向杆(1)内部与外部液体加压装置(16)相连接，所述注气软管(111)通过导向杆(1)内部与外部气体加压装置(17)相连接，所述注液软管(101) 和注气软管(111)在外部通过三通控制阀(20)与差压调节阀(18)相连接，所述读数导线(13)一端通过位于基体钢管(3)上的读数导线钻孔(301)和圆形金属垫片(6)上的垫片钻孔(601)与弹性膜(8)上的应变花(9)相连，所述读数导线(13)另一端与数据采集装置(19)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种可回收的地应力测量装置，其特征在于：所述基体钢管(3)为不锈钢材质，空心结构。
3.根据权利要求1所述的一种可回收的地应力测量装置，其特征在于：所述弹性膜(8)为环氧树脂材质。
4.根据权利要求1所述的一种可回收的地应力测量装置，其特征在于：所述导向杆(1)为空心结构。
5.根据权利要求1所述的一种可回收的地应力测量装置，其特征在于：所述接头保护套(2)为空心结构。
6.根据权利要求1所述的一种可回收的地应力测量装置，其特征在于：所述读数导线(13)钻孔位于紧固螺母(15)和接头保护套(2)之间的基体钢管(3)上。
7.根据权利要求1所述的一种可回收的地应力测量装置，其特征在于：所述快速接头(14)为一种达到设定压力会自动断开的接头。
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