一种深部地应力局部解除法测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种深部地应力局部解除法测试装置，其张紧套筒中的橡胶层在向下运动的连杆的作用下张开，从而使测试装置固定在孔壁上；摆动缸驱动旋转套筒旋转，相应的钻孔机构、清洗机构和测试机构依次工作，取得需要的孔径变化数据，进而计算出测点地的应力。本发明专利技术具有小型化、轻型化、智能化、系统化、设备模块化﹑实用性较强的特点，且其操作简便，可缩短测量时间，节约测量成本，适用于高应力下旁孔应力解除法的地应力测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及岩土工程
，具体指的是一种深部地应力局部解除法测试装置。
技术介绍
随着科技水平的不断发展,工程规模也在不断扩大,全世界范围内的基础工程建设和资源开发不断向深部发展，矿山开采深度增加和条件趋于复杂，以及越来越多的水利水电、交通、国防和基础物理实验等工程在深部和我国强烈构造活动区兴建，高强度岩爆、持续大变形和大体积塌方等深部工程灾害造成的人员伤亡、停工停产等工程事故居高不下，造成的经济损失触目惊心。初始高应力是形成上述灾害以及影响不同类型灾害形成机制的最直接的控制因素。因此，准确测量出深埋高地应力条件下工程区的初始地应力是进行高强度岩爆、持续大变形和大体积塌方等深部工程灾害风险合理评估、准确预测以及可靠防控的前提和关键，这已成为近年来深部工程研究领域的一个热点和重要发展方向。地应力测试最常用的方法为水压致裂法和应力解除法。水压致裂法存在必须事先假定地应力张量的一个主方向与钻孔轴向一致的局限。同时，水压致裂法专利CN2643300小孔径水压致裂地应力测试装置；CN102998030A岩体应力监测仪；CN103076119A一种全景钻孔窥视仪的水压致裂法地应力测试系统；都几乎无一例外，用到了高压泵站，甚至超高压泵站，其缺乏安全性，并且需要一套复杂的液压控制系统。应力解除法是获取空间三维地应力最理想的方法，但目前全应力解除的最大深度为510m，小于水压致裂法测试深度。同时，在高应力条件下，全应力解除过程中常出现岩芯饼化现象，难以获得所需的完整岩芯长度，成为制约全应力解除法在高地应力条件下成功应用的重大技术障碍。使用局部应力解除法，则可回避高应力下进行套芯应力解除过程中的饼化现象。在现场测试中，全应力解除法需测量孔钻进和冲洗、孔径变形计安放、解除孔开挖，操作复杂，费时费力，因此，需对其进行改进。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要解决上述
技术介绍
的不足，提供一种可以实现深部高地应力局部应力解除法的地应力测试装置。本专利技术的技术方案为：一种深部地应力局部解除法测试装置，其特征在于：包括从上至下沿轴向依次设置的固定套筒、张紧套筒、驱动套筒和旋转套筒，所述固定套筒内设置驱动油缸，所述驱动油缸的输出端与活塞杆的一端连接，所述活塞杆沿轴向设置，所述活塞杆的另一端伸入到所述张紧套筒内；所述张紧套筒的筒壁外侧设置有一圈橡胶层，所述橡胶层与所述活塞杆通过对称设置的连杆连接，所述连杆的两端分别与所述橡胶层、活塞杆铰接；所述驱动套筒内沿轴向设置有其输出端做旋转运动的摆动缸，所述摆动缸的输出端设置在所述旋转套筒顶部中心处，所述旋转套筒内固定设置有钻孔机构、清洗机构和测试机构。上述方案中：所述张紧套筒的径向侧壁设有朝向内部的凹陷区，所述橡胶层的上、下两端分别与所述凹陷区的顶部和底部固定连接；所述连杆设置有4根，所述连杆以张紧套筒的中心轴呈伞状分布。所述钻孔机构与测试机构以旋转套筒中心轴对称设置，所述清洗机构位于所述钻孔机构与测试机构连线的中垂线上。所述旋转套筒内沿径向设置有上隔板和下隔板，所述钻孔机构与测试机构的固定端位于所述旋转套筒顶部下表面，所述清洗机构的固定端位于所述下隔板下表面，所述上隔板和下隔板设置有被所述钻孔机构与测试机构穿过的通孔，所述钻孔机构、清洗机构和测试机构的工作端位于同一水平面。所述钻孔机构包括沿轴线依次设置的第一伸缩油缸、旋转马达和钻头，所述第一伸缩油缸的固定端固定设置在所述旋转套筒顶部下表面，所述第一伸缩油缸的输出端与所述旋转马达的底座固定连接，所述旋转马达的输出端与所述钻头固定连接。所述清洗机构包括沿轴线依次设置的第二伸缩油缸和喷嘴，所述第二伸缩油缸的固定端固定设置在所述下隔板下表面，所述第二伸缩油缸的输出端与所述喷嘴固定连接。所述测试机构包括第三伸缩油缸和变形计，所述第三伸缩油缸的固定端固定设置在所述旋转套筒顶部下表面，所述第一伸缩油缸的输出端与所述变形计固定连接。所述旋转套筒底部被支撑板密封，所述支撑板设置有被所述钻孔机构、清洗机构和测试机构穿过的通孔，所述支撑板中心位置设置有探测器。本专利技术中的张紧套筒中的橡胶层在向下运动的连杆的作用下张开，从而使测试装置固定在孔壁上；摆动缸驱动旋转套筒旋转，相应的钻孔机构、清洗机构和测试机构依次工作，取得需要的孔径变化数据，进而计算出测点地的应力。本专利技术具有小型化、轻型化、智能化、系统化、设备模块化﹑实用性较强的特点，且其操作简便，可缩短测量时间，节约测量成本，适用于高应力下旁孔应力解除法的地应力测量。附图说明图1为本专利技术的主视示意图；图2为本专利技术的侧视示意图；图3为本专利技术的工作示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。参考图1及图2，本实施例的一种深部地应力局部解除法测试装置，包括从上至下沿轴向依次设置的固定套筒1、张紧套筒2、驱动套筒3和旋转套筒4：在固定套筒1内设置驱动油缸5，驱动油缸5的输出端与活塞杆6的一端连接，活塞杆6沿轴向设置，活塞杆6的另一端伸入到张紧套筒2内；而张紧套筒2的筒壁设有朝向内部的凹陷区10，在凹陷区10内设有与其截面一直的橡胶层7，橡胶层7的上、下两端分别与凹陷区10的顶部和底部固定连接；橡胶层7与活塞杆6通过对称设置的连杆8连接，连杆8的两端分别与橡胶层7、活塞杆6铰接，连杆8设置有4根，连杆8以张紧套筒2的中心轴呈伞状分布。驱动油缸5工作，可推动活塞杆6，带动与活塞杆6相连的连杆8向下运动，使橡胶层7向外扩张，进而使橡胶层7张紧孔壁，实现侧视装置的固定。而驱动套筒3内沿轴向设置有其输出端做旋转运动的摆动缸9，摆动缸9的输出端设置在旋转套筒4顶部中心处，旋转套筒4内固定设置有钻孔机构、清洗机构和测试机构。本实施例的旋转套筒4内沿径向设置有上隔板11和下隔板12，钻孔机构与测试机构的固定端位于旋转套筒4顶部下表面，清洗机构的固定端位于下隔板12下表面，上隔板11和下隔板12设置有被钻孔机构与测试机构穿过的通孔，钻孔机构、清洗机构和测试机构的工作端位于同一水平面。本实施例的钻孔机构、测试机构与清洗机构呈等腰三角形布置，具体为：钻孔机构、测试机构以旋转套筒4中心轴对称设置，清洗机构位于钻孔机构与测试机构连线的中垂线上。本实施例的5钻孔机构包括沿轴线依次设置的第一伸缩油缸13、...

【技术保护点】
一种深部地应力局部解除法测试装置，其特征在于：包括从上至下沿轴向依次设置的固定套筒(1)、张紧套筒(2)、驱动套筒(3)和旋转套筒(4)，所述固定套筒(1)内设置驱动油缸(5)，所述驱动油缸(5)的输出端与活塞杆(6)的一端连接，所述活塞杆(6)沿轴向设置，所述活塞杆(6)的另一端伸入到所述张紧套筒(2)内；所述张紧套筒(2)的筒壁外侧设置有一圈橡胶层(7)，所述橡胶层(7)与所述活塞杆(6)通过对称设置的连杆(8)连接，所述连杆(8)的两端分别与所述橡胶层(7)、活塞杆(6)铰接；所述驱动套筒(3)内沿轴向设置有其输出端做旋转运动的摆动缸(9)，所述摆动缸(9)的输出端设置在所述旋转套筒(4)顶部中心处，所述旋转套筒(4)内固定设置有钻孔机构、清洗机构和测试机构。

【技术特征摘要】
1.一种深部地应力局部解除法测试装置，其特征在于：包括从上
至下沿轴向依次设置的固定套筒(1)、张紧套筒(2)、驱动套筒(3)
和旋转套筒(4)，所述固定套筒(1)内设置驱动油缸(5)，所述驱动
油缸(5)的输出端与活塞杆(6)的一端连接，所述活塞杆(6)沿轴
向设置，所述活塞杆(6)的另一端伸入到所述张紧套筒(2)内；所述
张紧套筒(2)的筒壁外侧设置有一圈橡胶层(7)，所述橡胶层(7)与
所述活塞杆(6)通过对称设置的连杆(8)连接，所述连杆(8)的两
端分别与所述橡胶层(7)、活塞杆(6)铰接；所述驱动套筒(3)内沿
轴向设置有其输出端做旋转运动的摆动缸(9)，所述摆动缸(9)的输
出端设置在所述旋转套筒(4)顶部中心处，所述旋转套筒(4)内固定
设置有钻孔机构、清洗机构和测试机构。
2.根据权利要求1所述的深部地应力局部解除法测试装置，其特
征在于：所述张紧套筒(2)的径向侧壁设有朝向内部的凹陷区(10)，
所述橡胶层(7)的上、下两端分别与所述凹陷区(10)的顶部和底部
固定连接；所述连杆(8)设置有4根，所述连杆(8)以张紧套筒(2)
的中心轴呈伞状分布。
3.根据权利要求1所述的深部地应力局部解除法测试装置，其特
征在于：所述钻孔机构与测试机构以旋转套筒(4)中心轴对称设置，
所述清洗机构位于所述钻孔机构与测试机构连线的中垂线上。
4.根据权利要求3所述的深部地应力局部解除法测试装置，其特
征在于：所述旋转套筒(4)内沿径向设置有上隔板(11)和下隔板(12)，
所述钻孔机构与测试机构的固定端位于所述旋转套筒(4)顶部...

【专利技术属性】
技术研发人员：周辉，沈峥，张传庆，卢景景，张忠林，姜玥，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42