【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地应力测量设备，尤其是一种深孔地应力测量的空心包体应变计的安装装置及使用方法。
技术介绍
1、地应力，指地层中天然存在的，没有受到任何人为或者工程扰动的初始应变。土建和矿山工程中矿井、竖井、隧道、洞室等地下开口的稳定性在很大程度上取决于地应力的分布和大小。在施工过程中，对岩体进行的破坏或者扰动，就会使岩体自然形成的应力变形，导致岩体内部应变重新排列和分布，原来属于弹性状态的岩体可能会转变为塑性状态，甚至会导致破碎。因此，地应力测量与研究一直以来都是工程界科研人员关心的热点之一。
2、近年来，地应力测量常用的方法是应力解除法和水压致裂法两大类。相较而言，应力解除法具有更好的适用性、可靠性、经济性。空心包体应力解除法是应力解除法的一种，其主要是通过钻孔安装空心包体应变计，测量岩芯逐渐脱离周围应变场过程中达到新平衡状态前后，小孔壁面上的应变变化。单孔中一次套芯应力解除就可获得三维应变状态，安装简单迅速，操作方便，能适应完整性比较差的岩体，效率高、可靠性高，已被广泛使用。但是，目前空心包体应力解除法只能是适用于浅孔，对于深部的应力测量困难较大。由于地应力测量要求较高，深孔中空心包体应变计的安装精度比较难以把握，安装过程难以操控，不当的安装操作可能会影响应力测量结果。空心包体应变计在测量过程中需要钻机配合，将空心包体应变计送入小孔后需等待粘胶剂完全固化后才可将岩芯钻出，安装失误会损失大量时间，钻机长时间的停放会占用生产空间，影响生产进度。因此，研究一种深孔地应力测量空心包体应变计安装装置可以帮助降低深孔中空心包体
技术实现思路
1、针对上述存在的技术不足，本专利技术的目的是提供一种安装难度小、精度高、高自动化程度的深孔地应力测量的空心包体应变计的安装装置及使用方法。
2、解决上述问题采用的技术方案是，一种深孔地应力测量的空心包体应变计的安装装置，其特征在于，包括固定套筒系统和应变计释放系统，固定套筒系统包括绳索孔挂片、上导向片、上套筒、动力锤阻隔片、下套筒、应变计固定管、下导向片，绳索孔挂片位于上套筒顶部，使装置下降过程中保持竖直的上导向片位于上套筒外壁上端左右两侧，使装置下降过程中保持竖直的下导向片位于下套筒外壁下端左右两侧，中间带有通孔的动力锤阻隔片位于下套筒内壁上部，应变计固定管位于动力锤阻隔片下方；应变计释放系统包括动力锤、传力杆、空包固定球、固定球释放槽、弹簧筒防脱扣、防脱扣活动槽、弹簧筒、弹簧，动力锤位于上套筒内部，动力锤下端连接有传力杆，传力杆滑动穿在动力锤阻隔片上的通孔中，应变计固定管悬挂固定在动力锤阻隔片的下表面，在应变计固定管上部管壁上开有用于安装空包固定球的通孔，在应变计固定管下部管壁上开有防脱扣活动槽，弹簧筒一部分从下套筒底端滑动插入下套筒，弹簧套在弹簧筒底部外侧，弹簧的顶端顶在下导向片底端，使弹簧筒在弹力作用下能沿下套筒内壁上下滑动；在弹簧自然状态下，弹簧筒的顶端高于空包固定球的通孔位置，空包固定球被挤压到插入在应变计固定管中的空心包体应变计尾部的固定球凹槽中，位于安装空包固定球的通孔下方的弹簧筒内壁开有固定球释放槽，固定球释放槽下方的弹簧筒内壁设置有插入防脱扣活动槽的弹簧筒防脱扣，弹簧受压压缩时，弹簧筒上移，空包固定球从空心包体应变计尾部的固定球凹槽移动到固定球释放槽，动力锤通过传力杆下压，将空心包体应变计送至指定位置。
3、所述上套筒和下套筒为空心圆柱体，在动力锤阻隔片处分为上下两段，由螺纹连接。
4、所述动力锤为实心圆柱体，大于传力杆直径，与传力杆固定连接。
5、所述传力杆穿过动力锤阻隔片中心的通孔，长度大于动力锤阻隔片底部到弹簧筒底部的长度。
6、所述空包固定球在应变计固定管中部左右两侧各布置一个，直径大于应变计固定管厚度。
7、所述防脱扣活动槽由一个环状凹槽、两个竖直向下开口短凹槽和两个竖直长凹槽组成，竖直凹槽呈垂直对称分布，宽度大于弹簧筒防脱扣宽度。
8、所述弹簧筒防脱扣在弹簧不受压力作用下，位于弹簧筒活动槽的竖直长凹槽底部。
9、所述弹簧筒为空心圆柱体，上端到动力锤阻隔片的距离小于弹簧筒活动槽的竖直长凹槽长度，大于弹簧受压压缩变形量。
10、上述深孔地应力测量的空心包体应变计的安装装置的使用方法，包括如下步骤：
11、步骤一，利用钻机先钻一大孔，到达预定测量深度后，打磨孔底，随后同心钻取测试小孔，用于安装空心包体应变计；
12、步骤二，在地面将动力锤和传力杆安装至上套筒，并与下套筒连接固定，通过防脱扣活动槽安装弹簧套筒，随即利用空包固定球将空心包体应变计的探头卡在弹簧套筒，通过钻机，用钢丝绳将安装装置下至孔底；
13、步骤三，安装装置到达预定位置后，底部弹簧压缩，空心包体应变计与安装装置脱离，动力锤向下运动，通过传力杆挤压空心包体应变计进入小孔；
14、步骤四，空心包体导向头到达小孔底部，动力锤继续向下运动，冲断空心包体内部的固定销，挤出环氧树脂筒中的黏胶剂，填充在空心包体应变计和小孔孔壁之间的空隙里；
15、步骤五，提升安装装置至地表，将空心包体应变计留在小孔内；
16、步骤六，待黏胶剂固化，用大孔直径的钻头进行套芯，套芯过程中数据采集记录仪记录试验数据，钻进600mm，停止钻进取出岩芯。
17、所述大孔直径为130mm，小孔直径为60mm，深度为500mm。
18、本专利技术有益效果如下：
19、1.本专利技术中空心包体应力计的推力来自于动力锤重力，避免空心包体应力计因过大推力挤压岩壁发生破坏，影响试验结果，保障了安装效率。
20、2.本专利技术采用筒形外形，筒径大于小孔直径，外侧导向片使设备宽度接近大孔直径，空心包体应变计由空包固定球固定在设备中轴线，从而使装置在孔内下落过程保持竖直，空心包体应变计准确达到孔底小孔，保证了安装精度。
21、3.本专利技术的应变计释放系统由装置底部弹簧受力压缩触发，自动化程度高，可以无视距离完成空心包体应变计的安装，满足了深孔内应力解除试验的需求。
22、4.本专利技术结构简单，便于在狭小空间内运输和组装，同时对钻机要求低，仅通过钢丝绳与钻机相连，通过钻机简单的下放和上拉过程即可完成安装，降低了生产成本，提高生产效率。
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1.一种深孔地应力测量的空心包体应变计的安装装置，其特征在于，包括固定套筒系统和应变计释放系统，固定套筒系统包括绳索孔挂片(1)、上导向片(2)、上套筒(3)、动力锤阻隔片(6)、下套筒(7)、应变计固定管(8)、下导向片(15)，绳索孔挂片(1)位于上套筒(3)顶部，使装置下降过程中保持竖直的上导向片(2)位于上套筒(3)外壁上端左右两侧，使装置下降过程中保持竖直的下导向片(14)位于下套筒(7)外壁下端左右两侧，中间带有通孔的动力锤阻隔片(6)位于下套筒(7)内壁上部，应变计固定管(8)位于动力锤阻隔片(6)下方；应变计释放系统包括动力锤(4)、传力杆(5)、空包固定球(9)、固定球释放槽(10)、弹簧筒防脱扣(11)、防脱扣活动槽(12)、弹簧筒(13)、弹簧(15)，动力锤(4)位于上套筒(3)内部，动力锤(4)下端连接有传力杆(5)，传力杆(5)滑动穿在动力锤阻隔片(6)上的通孔中，应变计固定管(8)悬挂固定在动力锤阻隔片(6)的下表面，在应变计固定管(8)上部管壁上开有用于安装空包固定球(9)的通孔，在应变计固定管(8)下部管壁上开有防脱扣活动槽(12)，弹簧筒(13
2.根据权利要求1所述深孔地应力测量的空心包体应变计的安装装置，其特征在于，所述上套筒(3)和下套筒(7)为空心圆柱体，在动力锤阻隔片(6)处分为上下两段，由螺纹连接。
3.根据权利要求1所述深孔地应力测量的空心包体应变计的安装装置，其特征在于，所述动力锤(4)为实心圆柱体，大于传力杆(5)直径，与传力杆(5)固定连接。
4.根据权利要求1所述深孔地应力测量的空心包体应变计的安装装置，其特征在于，所述传力杆(5)穿过动力锤阻隔片(6)中心的通孔，长度大于动力锤阻隔片(6)底部到弹簧筒(13)底部的长度。
5.根据权利要求1所述深孔地应力测量的空心包体应变计的安装装置，其特征在于，所述空包固定球(9)在应变计固定管(8)中部左右两侧各布置一个，直径大于应变计固定管(8)厚度。
6.根据权利要求1所述深孔地应力测量的空心包体应变计的安装装置，其特征在于，所述防脱扣活动槽(12)由一个环状凹槽、两个竖直向下开口短凹槽和两个竖直长凹槽组成，竖直凹槽呈垂直对称分布，宽度大于弹簧筒防脱扣(11)宽度。
7.根据权利要求6所述深孔地应力测量的空心包体应变计的安装装置，其特征在于，所述弹簧筒防脱扣(11)在弹簧(15)不受压力作用下，位于弹簧筒活动槽(11)的竖直长凹槽底部。
8.根据权利要求1所述深孔地应力测量的空心包体应变计的安装装置，其特征在于，所述弹簧筒(13)为空心圆柱体，上端到动力锤阻隔片(6)的距离小于弹簧筒活动槽(11)的竖直长凹槽长度，大于弹簧(15)受压压缩变形量。
9.如权利要求1-8任一项所述深孔地应力测量的空心包体应变计的安装装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述所述深孔地应力测量的空心包体应变计的安装装置的使用方法，其特征在于，所述大孔直径为130mm，小孔直径为60mm，深度为500mm。
...【技术特征摘要】
1.一种深孔地应力测量的空心包体应变计的安装装置，其特征在于，包括固定套筒系统和应变计释放系统，固定套筒系统包括绳索孔挂片(1)、上导向片(2)、上套筒(3)、动力锤阻隔片(6)、下套筒(7)、应变计固定管(8)、下导向片(15)，绳索孔挂片(1)位于上套筒(3)顶部，使装置下降过程中保持竖直的上导向片(2)位于上套筒(3)外壁上端左右两侧，使装置下降过程中保持竖直的下导向片(14)位于下套筒(7)外壁下端左右两侧，中间带有通孔的动力锤阻隔片(6)位于下套筒(7)内壁上部，应变计固定管(8)位于动力锤阻隔片(6)下方；应变计释放系统包括动力锤(4)、传力杆(5)、空包固定球(9)、固定球释放槽(10)、弹簧筒防脱扣(11)、防脱扣活动槽(12)、弹簧筒(13)、弹簧(15)，动力锤(4)位于上套筒(3)内部，动力锤(4)下端连接有传力杆(5)，传力杆(5)滑动穿在动力锤阻隔片(6)上的通孔中，应变计固定管(8)悬挂固定在动力锤阻隔片(6)的下表面，在应变计固定管(8)上部管壁上开有用于安装空包固定球(9)的通孔，在应变计固定管(8)下部管壁上开有防脱扣活动槽(12)，弹簧筒(13)一部分从下套筒(7)底端滑动插入下套筒(7)，弹簧(15)套在弹簧筒(13)底部外侧，弹簧(15)的顶端顶在下导向片(14)底端，使弹簧筒(13)在弹力作用下能沿下套筒(7)内壁上下滑动；在弹簧(15)自然状态下，弹簧筒(13)的顶端高于空包固定球(9)的通孔位置，空包固定球(9)被挤压到插入在应变计固定管(8)中的空心包体应变计尾部的固定球凹槽(21)中，位于安装空包固定球(9)的通孔下方的弹簧筒(13)内壁开有固定球释放槽(10)，固定球释放槽(10)下方的弹簧筒(13)内壁设置有插入防脱扣活动槽(12)的弹簧筒防脱扣(11)，弹簧(15)受压压缩时，弹簧筒(13)上移，空包固定球(9)从空心包体应变计尾部的固定球凹槽(21)移动到固定球释放槽(10)，动力锤(4)通过传力杆(5)下压，将...
【专利技术属性】
技术研发人员：骆帅，白金朋，董延安，宋戈，甘俊，李耀，史仲明，张成毅，赵军强，
申请(专利权)人：中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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