[实用新型]一种用于测量岩体力学参数的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及钻孔弹模仪领域，尤其涉及一种使用中不需修正实测弹模误差的用于测量岩体力学参数的装置，用于钻孔弹模仪，它可以在钻孔中测定固体介质的变形或弹性模量，主要用于岩体，也可用于混凝土或金属。

背景技术

岩体的应力应变关系，即变形模量和弹性模量是岩体的基本力学参数之一。钻孔变形法是用于测量岩体变形或弹性模量的一种原位测试方法。钻孔弹模仪是一种使用钻孔变形法测量岩体的变形或弹性模量的仪器。美国古德曼千斤顶(GoodmanJack)是国际上有代表性的钻孔弹模仪，已作为国际岩石力学委员会(ISRM)的建议方法，用于在钻孔中测定现场岩体变形或弹性模量。

古德曼千斤顶是1968年由R.E.Goodman等人发明的。它的钻孔直径为76mm，加压块角度为2β＝90°，长度为200mm，加压活塞为扁圆形，共计12个，行程12.5mm，最高压力64MPa，用压力表测量，总出力703kN，变形用两个线性差动变压器式传感器(LVDT)测量，安装在两端，灵敏度为0.01mm，量程±5mm，另有两个回程活塞，在试验结束后可收回到69.85mm。

自从1968年Goodman等人发表论文并转让给美国边坡仪器公司(SlopeIndicatorCo.)生产后，许多人对这一方法进行了研究。

Meyer和Mcvey1974年用E＝68.95GPa，υ＝0.332的铝块对古德曼千斤顶做了标定试验，实测结果Ecalc＝23.79GPa，两者相差三倍。1976年Heuze和Salem通过三维分析计算，证实这一差异是由承压板的弯曲引起的。同年，Hustrulid重新计算发现Goodman在1968年的一篇论文中k(υ)的计算是错误的，正确值应为T*，他同时还计算了T*与真实接触角的关系，Mcvey试验中的真实接触角β可能是3.5°-8.5°(当应力为6.9-62.1MPa时)。

1981年Shuri详细研究了接触问题。他提供的图表表明，如果要求在28MPa的压力时达到全接触，对于E＝13.79GPa的岩石，钻孔直径应为75.895－76.708mm，而当E＝68.95GPa时，则钻孔直径应为75.895一76.327mm，可见对钻孔的要求是相当高的。1982年Swolfs用铝、镁、铜三种金属块做了标定试验，进一步证实了上述问题的存在。

产生上述差异的原因主要有两个，一是承压块的纵向弯曲，二是钻孔和压块曲率半径的匹配。目前的解决办法是利用有限元法计算修正曲线或在不同岩体中的标定结果对计算值进行修正，例如Heuze和Salem提出的修正曲线，从图可以看出，当实际弹模大于68.95GPa时，曲线很陡，修正误差很大，当实测弹模的误差为5％时，修正后的真实弹模Etrue的误差将达35％。

实用新型内容

针对以上的不足，本实用新型提供了一种用于测量岩体力学参数的装置，它的装配结构简单，操作方便，不需修正实测弹模误差。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种用于测量岩体力学参数的装置，包括探头基体，所述探头基体上设有至少一个活塞空腔；所述活塞空腔内设有相适应的活塞；该用于测量岩体力学参数的装置还包括通过连接装置与所述活塞相连的承压机构，以及控制所述活塞动作的液压回路。

为了实现结构优化，其进一步措施是：

优选的，所述连接装置为球铰，活塞通过球铰与所述承压机构相连。

优选的，所述连接装置为半球铰，所述活塞通过半球铰与所述承压机构相连，并所述半球铰的端面与所述承压机构相连，所述半球铰的凸缘朝向所述活塞的一侧。

优选的，所述承压机构包括承压板和连接盖板，所述连接盖板与所述活塞相连，所述承压板可拆卸地设置在所述连接盖板上、与所述活塞相反的一侧。

优选的，所述承压板通过螺栓连接的方式设置在所述连接盖板上。

优选的，所述探头基体上设有可部分或者全部容纳所述承压机构的腔室；所述活塞空腔的轴线与所述探头基体的轴线垂直。

优选的，所述液压回路包括用于驱动所述活塞升程的驱动回路和用于驱动所述活塞回程的回程回路。

优选的，所述探头基体上设有四组所述活塞空腔及对应的所述活塞，四组所述活塞为依次排列的第一活塞、第二活塞、第三活塞和第四活塞；其中，第二活塞、第三活塞位于第一活塞和第四活塞之间；所述液压回路包括用于驱动所述活塞升程的驱动回路和用于驱动所述活塞回程的回程回路，所述活塞与所述驱动回路相连，第一活塞和第四活塞加所述回程回路以作为主动回程活塞。