[发明专利]一种孔内岩芯空间方向定位装置及套孔应力解除法验证法

权利要求书

1.一种孔内岩芯空间方向定位装置，其特征在于，厚壁铜筒(11)后端装有高压风管接口(5)，所述高压风管接口(5)连接有高压风管(9)，厚壁铜筒(11)中设置标记液盛放盒(6)，所述标记液盛放盒(6)后端与高压风管接口(5)相连，所述标记液盛放盒(6)前端接有标记液输送管(16)，所述标记液输送管(16)末端装有标记液喷头(17)，所述标记液喷头(17)喷出“丰”字形防水定向标记，厚壁铜筒(11)后端还装有水平定向装置(4)。

2.如权利要求1所述的孔内岩芯空间方向定位装置，其特征在于，在所述水平定位装置(4)中，气泡(12)位于汞柱(13)中，两段汞柱外端与电池相连，两段汞柱内端与定向显示灯(14)相连。

3.如权利要求1所述的孔内岩芯空间方向定位装置，其特征在于，所述孔内岩芯空间方向定位装置还包括竹节式安装杆(1)、安装杆铰接头(3)，所述厚壁铜筒前端装有前保护套(7)，后端装有保护套(10)。

4.如权利要求1所述的孔内岩芯空间方向定位装置，其特征在于，所述厚壁铜筒(11)直径略小于钻孔直径。

5.如权利要求1-3任一项所述的孔内岩芯空间方向定位装置，其特征在于，喷射器由厚壁铜筒(11)后端安装的孔内定向显示灯(14)定位，所述定向显示灯只有在铜筒处于水平位置时即气泡(12)位于汞柱(13)中间时定向显示灯(14)两端线路与汞柱一起形成闭合回路才会亮起，所述厚壁铜筒(11)后端所接风管(9)吹出标记液盛放盒(6)内红色的防水快速干燥标记液，在孔内未断岩芯(8)孔口端面上形成“丰”字形防水定向标记。

6.如权利要求1-3任一项所述的孔内岩芯空间方向定位装置，其特征在于，所述厚壁铜筒(11)后端盖中心处焊有一个连接母头，可与竹节式安装杆(1)牢固铰接，所述竹节式安装杆为1米定长的高强铝合金杆，前端焊有一个连接公头，后端焊有一个连接母头，安装杆可根据钻孔实际深度无限延长。

7.一种套孔应力解除法准确度的验证方法，其特征在于，采用波速分析法测量最大、最小主应力的方向，采用差应变分析法测量三向主应力大小和方向，采用声发射法测量垂直主应力、水平最大主应力和水平最小主应力，所述采用波速分析法测量最大、最小主应力的方向具体包括：先测量好孔底距离，然后通过竹节式安装杆(1)将权利要求2的装置送入孔底，微调安装杆使厚壁铜筒处于水平位置时即气泡(12)位于汞柱(13)中间，此时定向显示灯(14)亮起，打开高压风，吹动铜筒(11)内红色的防水快速干燥标记液从“丰”字形多喷头标记喷射器(15)喷出，在孔内未断根岩芯(8)孔口断面上形成“丰”字形防水定位标记，实现岩芯的孔内方向标记定位，而后利用金刚石单管钻头套孔钻取出该岩芯；钻取出的岩芯由端面标记与钻孔方位角确定实际的空间方位，而后根据空间方位加工出垂直于水平面的直径50mm、高50mm的岩石试件，用细记号笔将该岩芯具体NSWE方位做好标记后以地理北向为0°，按15°间隔在180°范围内的测过岩芯中心轴的纵波波速大小，其中最大、最小波速度对应的角度即为岩样在水平方向上的最小、最大主应力对应的方向。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述采用差应变分析法测量三向主应力大小和方向具体包括：通过所述岩芯样品，依据其实际埋藏深度，进行差应变分析法地应力测量，具体步骤为：

1)将3组角度分别为0°、45°、90°、135°的应变花粘贴在包括北向在内的三个相互垂直且已划上标线的的端面上；

2)将岩芯样品和温度补偿块一起放入压力容器中，按0.1MPa/min的增压速率增加静水压至100～140MPa；

3)记录加压过程中每个应变片的应力-应变值，描绘出不同通道应变片的应力-应变曲线；

4)重复以上步骤(2)-(3)加压和卸压3次以上，并对每条应力-应变曲线进行微分分析；

5)通过多个方向的裂隙闭合应变率求出三个主裂隙应变的方向，即是三个主应力的方向，由于该岩芯已经完成空间定位，因此可以知道主应力的具体空间物理方向，而主应力大小则可由瞬时关闭压力值确定。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述采用声发射法测量垂直主应力、水平最大主应力和水平最小主应力具体包括：

1)另取一段孔内已定位岩芯，用记号笔划出水平线和北向线的标记线；

2)按划出的水平线和北向线标记线钻取加工声发射法地应力测试小试件，所述小试件的直径25mm、高度50mm，其中垂直方向一组，水平方向三组，所述水平方向三组分别是与正北向顺时针成0°、45°和90°夹角，每组取3-4个试件；

3)利用材料试验机和声发射仪对加工好的地应力测试小试件进行单轴压缩声发射信号测试，采用岩石Kaiser效应原理确定岩心在各个方向上的Kaiser效应点，然后利用弹性力学公式分别计算出垂直主应力、水平最大主应力和水平最小主应力及它们间的夹角。