[发明专利]一种深部地应力局部解除法测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体指的是一种深部地应力局部解除法测试装置。

背景技术

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。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，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。

本发明的技术方案为：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，所述第三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。

本发明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。