[发明专利]一种基于钻孔变形法的三维地应力测量装置

说明书

本发明公开了一种基于钻孔变形法的三维地应力测量装置，包括打捞头，打捞头与电路保护壳体上部的锲形固定环的环口密封连接，电路保护壳体的中部设置有防水保护盖，电路保护壳体的底部设置有密封挡水环，轴向支撑杆与密封挡水环的内环之间密封连接，轴向支撑杆底部设置有变形感应计，变形感应计的周向设置有多个感应元件，轴向形变传力触头和径向形变传力触头分别与对应的感应元件相抵，本发明能同时有效地获取钻孔多个径向与多个轴向的位移形变量；设计巧妙，构思严密，结构体系简单，易于实施。

技术领域

本发明属于应力测量领域，具体涉及一种基于钻孔变形法的三维地应力测量装置，能够同时精细感知钻孔轴向与径向三个不同方位的钻孔形变量，实现了单钻孔中的三维地应力测量；突破了以往在单钻孔中轴向变形测试困难以及装置固定复杂性的问题，提高了测量效率和节省了测量成本，推动了地应力测试技术的进一步发展。

背景技术

地应力广泛存在，但难以获取和揭示，同时它对深部工程的规划、设计和决策又起着重要的作用。随着人类向深部地壳的不断探索，地应力的重要性日益显现，特别是地应力测量在岩土工程和地球科学的研究中具有重要的意义，因此，近几十年来地应力测量工作日益受到国内外学术界和工程界的重视，获得了迅速的发展。目前，已有多个国家开展了地应力测量工作，测量方法有十余类，测量仪器近百种。相继出现的各种测量方法归纳起来大致分为两大类：直接法测量和间接法测量。其中直接法测量分为：扁千斤顶法、刚性包体应力计法、水压致裂法、声发射法；间接法测量包括：套孔应力解除法、局部应力解除法、应变松弛测量法、地球物理探测法。目前国内外主要采用两种应力测量方法：应力(应变)解除法和水压致裂法。解除法分三种：变形计法、应变计法和应力计法，其中变形计法和应变计法应用较广。现已出现单钻孔测定三维应力的应变计方法，但缺点是精度和可靠性不高，操麻烦。

钻孔变形法操作相对便利，精度和可靠性较高，可用于深孔和超深孔测试，但传统的探测设备在一次解除试验仅能测定一点的平面应力。因此，发展一种通过一次解除既能获得三维地应力，且操作方便、精度高、可靠性好的测试技术及其相应的测试设备具有重要的实际意义。单钻孔测定三维地应力的变形计法的理论分析早在二十世纪60年代就由日本学者平松良雄基本完成，即只需要在三个径向变形的基础上，再测三个轴向或斜向变形即可满足要求，但多年来一直未见实际应用报导。其主要原因是斜向和轴向元件在套钻解除过程中不好固定，若采用特制的加压机构，则体积太大，中心孔大，套钻孔就必须大，而钻孔费用高。因此，如何突破长期以来困扰着在单钻孔中轴向变形测试困难以及装置固定复杂性的问题，实现深孔和超深孔的高效地应力测试，是地应力测试技术发展的重要方向。