[发明专利]深钻孔岩体变形测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及岩体工程测试技术领域，更具体涉及一种深钻孔岩体变形特性试验测试装置。适用于不同钻孔孔径(Φ75mm、Φ91mm、Φ110mm)岩体，以及不同岩性(软岩和硬岩)岩体的变形模量和弹性模量的测试。

背景技术

岩体的弹性模量(变形模量)是岩体工程设计的重要参数。目前，国际上普遍采用的工程岩体弹性模量测试方法总体上可以归纳为动力法和静力法两大类。动力法主要是通过研究地震波或声波在岩体中的传播规律来建立运动参数与岩体弹性模量的关系。这种测试方法具有测量迅速、耗资少、便于大范围、大规模测量等优点，但是，该方法给出的是岩体动态弹性模量值，往往高于岩体的实际静态弹性模量值，不能直接供工程设计使用。鉴于这一问题，研究人员也进行了一系列研究工作，致力于分析岩体动、静弹性模量测试结果的相关关系，但迄今为止尚无合理的、为大家所公认计算公式或表示相关关系图表。

静力法是通过量测岩体在静荷载作用下的岩体变形，然后用弹性力学公式推算岩体的弹性模量变形指标，是工程设计中应用较多的方法。大致可分为刚性承压板法、水压试洞法以及钻孔试验法三类。

刚性承压板法一般只能测量地表或洞壁附近处的岩体弹模值，若需了解深部岩体的弹模，则需开挖巷道至被测位置方可。试验过程中，特别是在高应力地区，由于试验区表层岩体的松动，试验得到的弹性模量内均含有松动层的影响，其测试结果一般比岩体的真实弹性模量值低。另外，相对而言，水压试洞法试验过程比较复杂、费用高，在工程应用较少。

钻孔试验法无需开挖巷道，而是通过勘探钻孔将测试探头送至被测位置。这种试验方法不仅可减少开挖巷道和制备试件时对岩体的破坏及暴露面的松弛影响，测试结果更可靠；同时试验周期短、耗资少，也便于在复杂岩层中不同位置、不同方向上作大量测试，其测试结果更具有区域统计代表性，因此，该方法在水电、核电工程中得到应用。

目前国内外钻孔试验法按加压板的刚度可分为柔性和刚性加压法。柔性钻孔岩体变形测试仪，测试过程中，不直接量测钻孔孔壁变形而是通过量测胶囊的体积变化来确定岩体的变形，提供的测试结果为测试段(等于胶囊长度)岩体的平均模量。但是，由于在试验过程中，在胶囊均匀压力作用下，孔壁变形并不是沿着孔径方向平均分布，而是为曲面分布(中间大、两头小)，通过胶囊的体积变化量测得到的试验段岩体变形没有反映岩体的最大变形能力，因此，试验结果往往偏大，必须经过一定的修正，但是修正系数往往受钻孔直径以及岩性等因素影响而难以确定。同时，柔性钻孔岩体变形测试仪在试验结果中消除了管路以及压力泵系统的寄生膨胀量，但不能消除膨胀囊在加压过程中的压缩变形量，其测试结果中包含了膨胀胶囊压缩变形量，在一定程度上影响了测试结果的准确性。另外，对于各向异性明显的岩体，当需要了解岩体各个不同方向的弹性模量时，该仪器显然不能适用。

目前国外刚性钻孔岩体变形测试仪不能满足要求主要表现在以下几个方面：(1)测试结果存在较大误差，需要根据对比试验成果和数值分析对测试结果进行修正；(2)钻孔孔壁不可能与钻孔岩体变形测试仪刚性承压板完全耦合(承压板为固定接触角度90°)，使得岩体受力不均匀，在受力面存在局部应力集中；(3)试验过程中承压块产生纵向弯曲；(4)位移传感器安装在两端，位移传感器得到的岩体变形明显偏小，影响试验结果；(5)在刚性钻孔岩体变形测试仪中无测力传感器，不能消除消除了压力换算及管路损失对测试结果的影响，以及活塞摩擦引起的误差。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种深钻孔岩体变形测试装置，该测试装置具有测试精度高，钻孔孔壁耦合性好，对钻孔孔径的适应性强，并且可以直接测量作用在钻孔孔壁上的压力，结构简单，操作简单，测试稳定，数据准确。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：