[实用新型]钻孔截面变形多点同步测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及岩土工程测试技术领域，尤其涉及一种岩土地质体钻孔变形测试装置及其测试方法，且该装置适用于监测各类地质钻孔的变形过程。

背景技术

在采矿、地下空间、隧道等岩土工程施工中，由于支护、卸压、勘探及工程技术特殊需要的目的，通常需要在岩壁上进行钻孔，钻孔直径、长度及分布情况各式各样。钻孔形成后，受地质构造及继续施工的影响，钻孔将会发生变形，甚至导致整个孔壁破坏、坍塌。钻孔变形量及其随时间的变化关系属于钻孔稳定问题研究的一个方面，可做为岩体工程设计与建造的重要参考依据。

经检索查询，“高灵敏度钻孔变形计”(专利号：CN203719798U)、“三分向双环钻孔变形计”(专利号：CU203310554U)作为36-2型钻孔变形计的改进装置，应用于套孔应力解除法的地应力测量，它们利用钢环或钢片粘贴应变计作为传感元件，仅适用于地应力测量时对钻孔的弹性变形进行测量，无法实现对钻孔孔壁的大变形甚至塌孔过程进行监测。“一种模拟测试钻孔变形的装置及方法”(专利号：CN104535422N)利用实验室相似模拟获取的钻孔变形量与相对压力的对应关系，间接反映钻孔变形量，但该装置在工作过程中，胶囊压力感应器及管路组成的液压系统是封闭的，受液体可压缩性的限制，当胶囊内液体压力过高时，将对钻孔内壁施加较高反作用力，进而改变钻孔在自然条件下的变形规律，获取的变形量数据将偏离实际情况。“煤岩层卸压钻孔变形监测装置及方法”(专利号：CN204899903U)利用注水轴向弹性较好的变形感应枕内注水，通过调小溢流阀整定压力，避免了对钻孔内壁施加较高反作用力，保证变形感应枕出水量与卸压钻孔变形量的精确对应关系，但它通过流量计示数，忽略了外界环境对水体积的影响，由几何关系换算出钻孔整体变形量，继而无法得到钻孔变形的在不同方向上的差异性。

结合工程实际情况可知，类似花岗岩等脆性坚硬岩石的钻孔截面变化不大，长期变形后钻孔截面仍近似为圆形，该类钻孔的变形量利用传统方法易于测量。但是由于地质构造的复杂性，考虑到地应力、岩性、流变、或爆破冲击的影响，大部分软弱大变形钻孔的变形必然具有方向性，变形后的钻孔截面形状可能近似为椭圆或更为复杂的形状，且在钻孔长度方向上具有差异性。因此，如何突破将钻孔变形视作孔的整体等径收缩这一局限，一次性精确地测出钻孔多个特定方向上的变形量，借此确定变形后钻孔截面形状至关重要。精确地获取钻孔多截面、各方向上的变形量对岩体工程支护、钻孔卸压、地应力测量等理论及施工安全具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种钻孔截面变形多点同步测试装置，该装置对钻孔孔径及深度适应性好，能够进行多截面、多点同步测量，传感元件与钻孔孔壁直接接触，弹性好，不影响孔壁的自然变形，测量数据精度高，稳定性好，适用于长期监测各类地质体钻孔的变形过程。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种钻孔截面变形多点同步测试装置，其特征在于，它包括一个正多边形柱状基座，在基座的每个侧面上开有安装槽，通过安装槽固定有悬臂梁式弹性杆，在每个悬臂梁式弹性杆的上下两表面各贴一枚应变计形成单个悬臂梁式位移测量计，悬臂梁式弹性杆为其传感元件，应变计为其感应元件；在每个悬臂梁式弹性杆的顶端安装有向外发散的定位螺丝，定位螺丝作为触点与孔壁紧密接触，接受孔径变形信号，并传递给感应元件，这样多个悬臂梁式位移测量计依次固定在一个基座上面沿基座环向均匀分布组成一个具有多个触点的环形结构，每一个悬臂梁式位移测量计都是相对独立的。

为了对称测量便于分析数据，上述正多边形优选边数不小于2n的正多边形，其中n≧2。

为了保证弹性杆的柔韧性，所述悬臂梁式弹性杆的材料为65Mn弹簧钢，厚度约2mm，宽度4mm。

为了提高变形测量精度，在弹性杆上表面靠近基座的一端开一个U型宽槽，深度为1.5mm，槽内粘贴一枚应变计，对应位置下表面粘贴一枚应变计。在该部位，悬臂梁式弹性杆的截面尺寸最小，弯曲应变最大，提高了变形测量精度。

优选地，基座由高强度钢材制成，如45#钢，侧面开的安装槽的深度与宽度与悬臂梁式弹性杆的厚度与宽度相同。

进一步说明，所述悬臂梁式弹性杆通过两枚紧固螺丝固定在基座上。

本实用新型钻孔截面变形多点同步测试装置的测试方法是：

第一步：根据钻孔的深度设置测点的位置和数目，根据测点数目制作、准备相应数目的钻孔截面变形多点同步测试装置；