【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩体控制，具体而言，涉及一种岩体力学特性的智能原位测试装置及方法。
技术介绍
1、随着煤炭资源的不断开采，矿山巷道等大量地下工程逐渐向深部发展是必然的。随着埋深的不断增加，巷道在施工过程中也更容易出现岩体变形，严重时可能会导致冒顶、突水等安全事故，影响施工进度和人身安全。
2、岩体力学特性是判断巷道是否满足正常使用功能的前提，是进行支护设计时的关键参数。目前岩体力学特性可以通过室内试验和原位测试来确定。室内试验目前仍然是最主要的测试方法，主要是通过在现场进行取样后，带回试验室进行测试分析，获得岩体的相关力学参数。但是这种测试方法会受到取芯时钻孔的扰动影响，使得现场获取的岩样存在完整性差、尺寸效应大、原始应力状态被破坏等缺点。因此室内试验测试的岩体力学参数有时会与真实的岩体力学特性存在较大的差异。
3、目前原位测试逐渐发展成了一种常用的岩体力学特性测试方法，但现有的原位测试方法每次只能针对一项岩体力学特性进行测试，如果想要获取多项岩体力学特性结果，就需要分多次进行单独测试，十分的繁琐。所以我们需要一种能够用于岩体力学特性获取的智能原位测试装置及方法，可以实现岩体力学特性的智能原位测试。
技术实现思路
1、为了弥补以上不足，本专利技术提供了一种岩体力学特性的智能原位测试装置及方法，旨在改善现有的原位测试方法每次只能针对一项岩体力学特性进行测试，如果想要获取多项岩体力学特性结果，就需要分多次进行单独测试，十分的繁琐等问题。
2、本专利技术
3、所述弹性模量测试探头中包括有弹性模量测试探头外壳，所述弹性模量测试探头外壳的外侧一周开设有承压板凹槽，所述承压板凹槽的内部卡合安装有承压板，所述弹性模量测试探头外壳与所述径向加载装置相连，所述径向加载装置将压力加载到传压垫块上，所述传压垫块再将压力加载到所述承压板上，所述承压板直接与岩体接触完成测试；
4、所述剪切测试探头中包括有剪切测试探头外壳，所述剪切测试探头外壳的外壁上设有壳体，所述壳体上固定设有水平环形钢齿，是主要的测量装置，通过所述径向加载装置施加径向压力，使得所述水平环形钢齿插入孔壁岩体中，保持径向压力不变，利用所述轴向加载装置向钻孔外方向提供拉力，对孔壁岩体产生剪切作用，所述剪切测试探头与所述轴向加载装置和所述径向加载装置相连，控制所述剪切测试探头向轴向和径向移动，完成测试。
5、在上述实现过程中，本专利技术提供一种岩体力学特性的智能原位测试装置及方法，将弹性模量测试设备和剪切测试设备有机结合在一个装置中，当使用本装置和方法进行原位岩体力学特性测试时，可以同时获得弹性模量、内聚力和内摩擦角这些岩体力学特性，整个过程操作方便、快捷，具有一定的经济性和可靠性，与室内试验方法相比能够更好的反映岩体的原始力学特性，为巷道支护设计提供数据基础。
6、在一种具体的实施方案中，所述弹性模量测试探头和所述剪切测试探头的内部设有应力数据采集系统和位移数据采集系统，所述应力数据采集系统和所述位移数据采集系统均通过线路与所述弹性模量测试探头和所述剪切测试探头相连，并将采集到的应力数据和位移数据传输到计算机上。
7、在上述实现过程中，通过应力数据采集系统和位移数据采集系统实现对弹性模量测试探头和剪切测试探头检测的应力和位移进行获取数据，然后传输给计算机进行计算处理。
8、在一种具体的实施方案中，所述应力数据采集系统中包括有第一径向应力传感器和第二径向应力传感器，所述位移数据采集系统中包括有第一径向位移传感器和第二径向位移传感器，所述弹性模量测试探头内部设有径向压力仓，所述剪切测试探头的内部设有所述径向加载装置的径向加压头，所述径向压力仓的内部固定安装有所述第一径向位移传感器和所述第一径向应力传感器，所述径向加压头上固定安装有所述第二径向应力传感器和所述第二径向位移传感器。
9、在上述实现过程中，应力数据采集系统中包括有第一径向应力传感器和第二径向应力传感器，位移数据采集系统中包括有第一径向位移传感器和第二径向位移传感器，便于实现对弹性模量测试探头和剪切测试探头进行应力和位移的检测。
10、在一种具体的实施方案中，所述传压垫块与所述第一径向位移传感器和所述第一径向应力传感器相连，通过数据传输线将测得的应力数据和位移数据传输至所述计算机，所述弹性模量测试探头外壳上开外丝，以便与所述剪切测试探头连接，所述径向加压头与所述第二径向应力传感器和所述第二径向位移传感器相连，通过数据传输线将所述径向加压头的应力数据和位移数据传输至所述计算机，所述剪切测试探头外壳的两侧开内丝，以便与所述弹性模量测试探头和所述径向加载装置相连。
11、在上述实现过程中，通过数据传输线将采集的应力数据和位移数据传输至所述计算机，并且实现弹性模量测试探头与剪切测试探头进行连接，并且通过经向加载装置进行提供动力。
12、在一种具体的实施方案中，所述弹性模量测试探头外壳和所述剪切测试探头外壳的端部相连接，所述弹性模量测试探头外壳和所述剪切测试探头外壳之间共同贯穿连接有所述轴向加载装置的轴向加压头，所述轴向加压头的底端设有外壳体，所述外壳体和所述轴向加压头之间设有轴向压力仓。
13、在上述实现过程中，通过周向加压头实现对弹性模量测试探头外壳和剪切测试探头外壳进行连接，便于提供经向动力，以及设有轴向加载装置提供轴向动力。
14、在一种具体的实施方案中，所述轴向压力仓的内部安装有轴向应力传感器和轴向位移传感器，所述外壳体固定安装在封盖上，所述封盖上连接有保护壳，所述弹性模量测试探头和所述剪切测试探头处于所述保护壳的内部。
15、在上述实现过程中，通过轴向应力传感器和轴向位移传感器实现对周向的压力和位置进行检测，并且通过封盖和保护壳对弹性模量测试探头和所述剪切测试探头进行防护。
16、一种岩体力学特性的智能原位测试装置的使用方法，包括有以下步骤：
17、s1：在目标测试岩体区域确定各钻孔位置，打钻孔后检查是否塌孔；
18、s2：先将弹性模量测试探头和剪切测试探头连接完好，再将弹性模量测试探头和剪切测试探头与径向加载装置和轴向加载装置相连，并布置好相关管线后，将装置放置在钻孔的设定深度处；
19、s3：首先进行弹性模量测试，在进行测试前，打开高压气泵先对轴向压力仓和径向压力仓进行初次加压，排出轴向压力仓、径向压力仓和输气管道中的空气，避免对测试结果产生影响，利用计算机控制径向加压头进行加压，当承压板与岩壁接触时会产生径向变形，此时第一径向位移传感器和第一径向应力传感器就会分别记录传压垫块的位移和加载的压力，数据采集完成后通过本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种岩体力学特性的智能原位测试装置，其特征在于，包括弹性模量测试探头和剪切测试探头，所述弹性模量测试探头与所述剪切测试探头相连，所述弹性模量测试探头与径向加载装置相连，所述剪切测试探头分别与径向加载装置和轴向加载装置相连，所述径向加载装置和所述轴向加载装置均通过高压管道连接高压气泵(18)；
2.根据权利要求1所述的一种岩体力学特性的智能原位测试装置，其特征在于，所述弹性模量测试探头和所述剪切测试探头的内部设有应力数据采集系统和位移数据采集系统，所述应力数据采集系统和所述位移数据采集系统均通过线路与所述弹性模量测试探头和所述剪切测试探头相连，并将采集到的应力数据和位移数据传输到计算机(17)上。
3.根据权利要求2所述的一种岩体力学特性的智能原位测试装置，其特征在于，所述应力数据采集系统中包括有第一径向应力传感器(41)和第二径向应力传感器(42)，所述位移数据采集系统中包括有第一径向位移传感器(31)和第二径向位移传感器(32)，所述弹性模量测试探头内部设有径向压力仓(15)，所述剪切测试探头的内部设有所述径向加载装置的径向加压头(16)，所述径向压
4.根据权利要求3所述的一种岩体力学特性的智能原位测试装置，其特征在于，所述传压垫块与所述第一径向位移传感器(31)和所述第一径向应力传感器(41)相连，通过数据传输线将测得的应力数据和位移数据传输至所述计算机(17)，所述弹性模量测试探头外壳(13)上开外丝，以便与所述剪切测试探头连接，所述径向加压头(16)与所述第二径向应力传感器(42)和所述第二径向位移传感器(32)相连，通过数据传输线将所述径向加压头(16)的应力数据和位移数据传输至所述计算机(17)，所述剪切测试探头外壳(14)的两侧开内丝，以便与所述弹性模量测试探头和所述径向加载装置相连。
5.根据权利要求1所述的一种岩体力学特性的智能原位测试装置，其特征在于，所述弹性模量测试探头外壳(13)和所述剪切测试探头外壳(14)的端部相连接，所述弹性模量测试探头外壳(13)和所述剪切测试探头外壳(14)之间共同贯穿连接有所述轴向加载装置的轴向加压头(8)，所述轴向加压头(8)的底端设有外壳体，所述外壳体和所述轴向加压头(8)之间设有轴向压力仓(7)。
6.根据权利要求5所述的一种岩体力学特性的智能原位测试装置，其特征在于，所述轴向压力仓(7)的内部安装有轴向应力传感器(9)和轴向位移传感器(10)，所述外壳体固定安装在封盖(11)上，所述封盖(11)上连接有保护壳(12)，所述弹性模量测试探头和所述剪切测试探头处于所述保护壳(12)的内部。
7.一种岩体力学特性的智能原位测试装置的使用方法，其特征在于，包括有以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种岩体力学特性的智能原位测试装置的使用方法，其特征在于，所述S1中的钻孔直径范围为62mm＜d＜65mm。
9.根据权利要求7所述的一种岩体力学特性的智能原位测试装置的使用方法，其特征在于，所述S3中的承压板(1)采用柔性板，以保证所述承压板(1)与岩体完全接触，所述承压板(1)和承压板凹槽(2)之间采用树脂凝胶进行填充，厚度为1.5mm-2.5mm；
10.根据权利要求7所述的一种岩体力学特性的智能原位测试装置的使用方法，其特征在于，所述S4中剪切测试获得的数据信息以径向力为x轴，以轴向力为y轴，进行线性拟合绘制后，拟合直线的截距即岩体内聚力，拟合直线与横轴的夹角为岩体内摩擦角。
...【技术特征摘要】
1.一种岩体力学特性的智能原位测试装置，其特征在于，包括弹性模量测试探头和剪切测试探头，所述弹性模量测试探头与所述剪切测试探头相连，所述弹性模量测试探头与径向加载装置相连，所述剪切测试探头分别与径向加载装置和轴向加载装置相连，所述径向加载装置和所述轴向加载装置均通过高压管道连接高压气泵(18)；
2.根据权利要求1所述的一种岩体力学特性的智能原位测试装置，其特征在于，所述弹性模量测试探头和所述剪切测试探头的内部设有应力数据采集系统和位移数据采集系统，所述应力数据采集系统和所述位移数据采集系统均通过线路与所述弹性模量测试探头和所述剪切测试探头相连，并将采集到的应力数据和位移数据传输到计算机(17)上。
3.根据权利要求2所述的一种岩体力学特性的智能原位测试装置，其特征在于，所述应力数据采集系统中包括有第一径向应力传感器(41)和第二径向应力传感器(42)，所述位移数据采集系统中包括有第一径向位移传感器(31)和第二径向位移传感器(32)，所述弹性模量测试探头内部设有径向压力仓(15)，所述剪切测试探头的内部设有所述径向加载装置的径向加压头(16)，所述径向压力仓(15)的内部固定安装有所述第一径向位移传感器(31)和所述第一径向应力传感器(41)，所述径向加压头(16)上固定安装有所述第二径向应力传感器(42)和所述第二径向位移传感器(32)。
4.根据权利要求3所述的一种岩体力学特性的智能原位测试装置，其特征在于，所述传压垫块与所述第一径向位移传感器(31)和所述第一径向应力传感器(41)相连，通过数据传输线将测得的应力数据和位移数据传输至所述计算机(17)，所述弹性模量测试探头外壳(13)上开外丝，以便与所述剪切测试探头连接，所述径向加压头(16)与所述第二径向应力传感器(42)和所述第二径向位移传感器(32)相连，通过数据传输...
【专利技术属性】
技术研发人员：张选松，李文军，李连政，李翠斌，庞海鹏，李景润，
申请(专利权)人：淮北矿业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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