[發明專利]巖/土體鉆孔原位測試裝置及方法

有效

• 申請號: 201410036742.X
• 申請日: 2014-01-26
• 公開（公告）號: CN103806906A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 鄭夢雨;孟達;代成鋼;董宏宇;孟祥沖
• 申請（專利權）人: 北京雷雨達科技有限公司
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;E21B47/12;G01N3/00
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

技術領域

本發明涉及巖土工程技術領域，特別涉及一種巖/土體鉆孔原位測試裝置及方法。

背景技術

巖體的物理力學參數是巖土工程實施的基礎數據，如果得不到準確值，對任何巖體工程的強度設計、變形驗算、穩定性要求等就得不到精確的設計和評價，所以大多數的工程規范都有安全系數來增大安全的保障。對于土木、交通、水利水電、煤礦等工程，涉及到巷道支護，邊坡等工程的設計基礎數據，要明確測得巷道圍巖、邊坡預設滑動面巖土體的力學參數，來保證支護設計方案的強度、剛度和穩定性滿足要求，真正做到工程的技術先進、經濟合理和安全；較準確得到松動圈的擴展速度、范圍及擴展規律等；圍巖在卸荷狀態下數值模擬，也要精確測得各層圍巖、土體的力學參數，才能得到理想的結果。

目前，巖體的實驗主要有巖體變形實驗、巖體強度實驗、巖石點荷載實驗、巖體聲波探測（包括洞室圍巖松動圈的聲波測試、聲波測井、圍巖分類的聲波測試）、路基沉降實驗、圍巖收斂變形實驗、洞室的工程地質展示圖等。

巖體結構單元是有巖塊（塊狀、板狀的完整或者碎裂）、結構面（軟弱結構面、堅硬結構面）以及充填物等組成，由于各種結構面的發育和分布的不均勻性，使其變形性質比巖石變形復雜得多，因而巖體的變形不能由巖石的變形所表述，必須通過巖體變形實驗測定其變形指標。巖體變形實驗是測定巖體在一定的載荷作用或者卸荷作用下變形特性指標而進行的巖體現場實驗。通過實驗測定巖體的變形模量、彈性模量以及變形系數等巖石工程中不可缺少的巖體力學參數。

巖石的點荷載實驗是將巖石塊體置于一對點接觸的加荷裝置上，巖石破壞主要是呈劈裂破壞的性質，破壞的機理是張破壞。采用點荷載實驗是測得巖石的抗拉強度，再根據掩飾的抗拉強度與抗壓強度之間的關系式，由點荷載實驗結果換算出巖石的抗壓強度。

但是，上述巖體實驗主要針對巖塊進行，其采用的裝置、實驗環境和測試過程均過于理論化和理想化，由于巖塊與現場的自然巖體有著巨大的差異，現有的實驗裝置無法有效地進行現場測試，更無法準確真實地獲知復雜環境下自然巖體的綜合力學參數。

發明內容

（一）本發明所要解決的技術問題：

針對現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是如何實現現場巖體的關鍵參數測試。

（二）技術方案

為實現上述目的，一方面，本發明提供了一種巖/土體鉆孔原位測試裝置，包括：鉆機、試驗儀、承壓板、上部托桿、下部托桿、加壓系統及量測系統；其中，所述鉆機在待測巖/土體任意指定深度進行鉆孔和擴孔，得到保持地應力的被測巖/土塊；所述試驗儀通過所述上部托桿及所述下部托桿與所述承壓板活動連接，所述試驗儀還與所述量測系統建立通信鏈接；所述上部托桿或所述下部托桿分別伸展對所述承壓板形成支撐時，所述加壓系統通過所述承壓板對所述被測巖/土塊施加相應的載荷，所述試驗儀自動采集測試數據并存儲，同時將所述測試數據傳輸給所述量測系統進行相關參數的測算。

優選地，所述鉆機還包括鉆桿和鉆頭，所述鉆頭可加裝擴孔器，用于在鉆出導向孔后，向指定的測試位置對巖/土孔周邊的巖/土體進行定向擴孔，從而在巖/土孔中心暴露出仍與巖/土體為一體的柱狀所述被測巖/土塊。

優選地，所述承壓板包括擺塊，所述擺塊設置在試驗儀側面，擺塊中設有空槽，擺塊逐級向下移動并向外旋轉拓展共同組成所述承壓板。

優選地，所述上部托桿內置于所述試驗儀中，所述上部托桿伸展時，所述上部托桿上的凸起片正好嵌入所述承壓板擺塊的空槽內，對承壓板的側向圓盤起到支撐作用，由此進行抗剪強度測試。

優選地，所述下部托桿內置于所述試驗儀中，所述下部托桿伸展過程中攜帶所述承壓板的下端凸盤展開，待完全展開后所述下部托桿支撐所述下端凸盤，由此進行抗拉強度測試。

優選地，所述加壓系統為液壓泵。

優選地，所述試驗儀上還連接有可視系統，所述可視系統包括前端采集圖像的攝像頭及后端觀測和記錄數據的觀測設備，所述攝像頭隨所述試驗儀一起安放到被測巖/土塊處。

另一方面，本發明還同時提供了一種采用上述裝置的巖/土體鉆孔原位測試方法，包括步驟：

鉆機在待測巖/土體任意指定深度進行鉆孔和擴孔，得到保持地應力的被測巖/土塊并將試驗儀放入所述指定深度的測試位置；

試驗儀通過上部托桿連接承壓板并對其形成支撐，加壓系統自動逐步施加水平和豎直載荷并向側向剪切巖/土體，利用試驗儀監測巖/土體剪切力和變形，量測系統根據本次試驗數據得到抗剪強度結果；