[发明专利]一种工程岩体力学参数超前钻孔原位测试装置及其应用方法

权利要求书

1.一种工程岩体力学参数超前钻孔原位测试装置，其特征在于：

包括触探加载系统(1)、TBM超前钻杆(2)、液压加载系统(3)和控制系统(4)；

所述触控加载系统(1)设置于TBM超前钻杆(2)前端的内部；

液压加载系(3)统连接到触控加载系统(1)；

控制系统(4)连接到触控加载系统(1)和液压加载系统(3)；

所述触控加载系统(1)包括锥形探头(11)、压力传感器(13)、位移传感器(14)、油缸(12)、视频摄像机(15)，通过压力传感器(13)和位移传感器(14)采集锥形探头(11)加载过程中的压力和位移数据；通过视频摄像机(15)记录加载过程中岩体表面的状态。

2.根据权利要求1所述的工程岩体力学参数超前钻孔原位测试装置，其特征在于：所述触控加载系统包括底板(120)、顶板(136)、锥形探头(11)、支撑架(137)、推进架(129)、油缸(12)、压力传感器(13)、位移传感器(14)和视频摄像机(15)；

所述底板(120)和顶板(136)固定于TBM超前钻杆(2)内壁；

所述支撑架(137)为T型结构，固定于底板(120)上，横梁端头设置连接有锥形探头(11)的推进架，顶面设置有压力传感器(13)，中部设置有油缸(12)；

位移传感器(14)设置于支撑架(137)横梁下。

3.根据权利要求2所述的工程岩体力学参数超前钻孔原位测试装置，其特征在于：所述推进架为T型结构，尾端连接到油缸(12)，头端连接到锥形探头(11)。

4.根据权利要求2所述的工程岩体力学参数超前钻孔原位测试装置，其特征在于：所述油缸(12)包括上部液压腔(127)、传力结构(132)和下部液压腔(133)；

上部液压腔(127)提供液压推力；

传力结构(132)为工字型，上端连接到上部液压腔(127)，下端连接到下部液压腔(133)；

下部液压腔设置有弹簧，并连接到液压加载系统。

5.根据权利要求2所述的工程岩体力学参数超前钻孔原位测试装置，其特征在于：所述压力传感器(13)包括压感监测器件(126)和压力数据存储器(128)；压感监测器件(126)设置于推进架的尾部端面，并连接到压力数据存储器(128)。

6.根据权利要求2所述的工程岩体力学参数超前钻孔原位测试装置，其特征在于：所述位移传感器(14)包括壳体、位移监测元件(122)和位移探针(125)；

位移探针(125)设置于壳体中，尾部设置有位移检测元件(122)；位移检测元件(122)通过弹簧(121)连接到壳体尾端；位移探针(125)头部通过连接板连接到推进架(129)下端。

7.根据权利要求1所述的工程岩体力学参数超前钻孔原位测试装置，其特征在于：所述TBM超前钻杆(2)位于触摸加载系统的两侧壁设置有超前钻杆挡板(18)，超前钻杆挡板(18)安装于挡板齿轮滑道(19)上，并通过驱动器(16)驱动以开合。

8.根据权利要求1所述的工程岩体力学参数超前钻孔原位测试装置，其特征在于：所述液压加载系统为油缸。

9.根据权利要求1所述的工程岩体力学参数超前钻孔原位测试装置，其特征在于：所述控制系统为具有数据处理能力的计算设备。

10.利用权利要求1所述的工程岩体力学参数超前钻孔原位测试装置进行超前钻孔原位加载试验的方法，包括以下步骤：

S1：安装工程岩体力学参数超前钻孔原位测试装置并连接各部件；

S2：启动超前钻，对掌子面围岩钻孔；

S3：停止超前钻，进行钻孔原位试验；

S3.1：当触探加载系统完全进入钻孔内，每隔一定距离停止钻进，进行原位测试；

S3.2：利用视频摄像机15拍摄的影像观察钻孔内的围岩特征，配合超前钻的旋转调整，找到岩性完整的测试区；

S3.3：打开液压加载系统3，对触控加载系统加压，使得锥形探头11逐渐伸出，对钻孔围岩进行加载；视频摄像机15记录加载过程中岩体的破坏过程和破坏形态，压力传感器13和位移传感器14分别采集到加载过程中的压力和位移变化；当在力-位移曲线上出现第一个压力峰或从视频中观察到围岩表面出现裂缝时，停止加载；

S3.4：测试完后卸压，锥形探头11缩回；

S4：重复S2、S3，对不同钻孔深度围岩进行钻孔原位测试；

S5：数据处理，导出测试过程中储存的压力和位移数据，处理得到力-位移曲线，并利用力-位移曲线建立岩体力学参数之间的关系。