[發(fā)明專利]一種旁壓試驗裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810365266.4
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN108952694B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設計）人: 鄒俊鵬;焦玉勇;姚愛國;陳光輝;譚飛;嚴成增;唐志成;吳澤陽;程毅;邱敏
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;E21B17/00
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 龔春來

本發(fā)明公開了一種旁壓試驗裝置及方法，其包括：空心鉆桿，其用于容納流體介質，且一端從地表伸出,另一端伸入地層；探頭，其連通空心鉆桿，并位于目標探測層中；加壓設備，其用于通過壓縮所述空心鉆桿內的流體介質產生壓力，且將壓力傳遞至所述探頭，以對所述目標探測層的土體施加壓力，使其產生變形；以及信號檢測設備，其用于檢測所述探頭周邊土體變形時產生的旁壓數(shù)據(jù)信號。其采用空心鉆桿取代現(xiàn)有技術中的柔性塑膠(或尼龍?纖維)管路，便于放入鉆孔，同時提高探測精度與目標層定位準確度。探頭彈性外膜采用丁腈橡膠膜組成，可承受25MPa以上的高壓，并能緩解壓力較大時旁壓儀外膜兩頭的向外延伸的狀況。

技術領域

本發(fā)明涉及巖土力學技術領域，具體涉及一種旁壓試驗裝置及方法。

背景技術

在地基巖土物理力學參數(shù)的勘察工作中，旁壓試驗是一種原位水平荷載測試試驗，其原理是在鉆孔中利用一個可膨脹的圓形旁壓器，在豎直的鉆孔中對其加壓，通過旁壓器的膨脹使孔壁土體（軟巖）變形，從而確定土體（軟巖）應力-應變特征。

目前國內外采用預鉆式旁壓試驗設備及方法存在以下缺陷：

1.?目前已有旁壓設備采用柔性塑膠（或尼龍-纖維）管路，但由于預鉆式旁壓實驗多適用于粘性土、粉土、砂土、碎石土、殘積土、軟巖地層中，預先用鉆具鉆出一個符合要求的垂直鉆孔，然后將旁壓儀放入鉆孔內的設計標高，然后進行旁壓實驗。但在實際勘探現(xiàn)場條件復雜，在將旁壓儀探頭放入鉆孔中時，極有可能被部分碎石卡住，柔性的管路不能提供適當?shù)南峦屏κ沟门詨簝x順利放入指定標高；

2.?目前廣泛使用的柔性塑膠（或尼龍-纖維）管路內部高壓液體作用下會產生變形，尤其是埋深較大的層位，所需的管路較長，高壓作用下管路的形變較大，總體變形量受壓力變化的影響極其顯著，極大地影響著物探參數(shù)計算的精度；而且柔性的管路在重力的作用下在鉆孔內會有一定的彎曲，影響著所探測目標層位的準確度，尤其是在目標層位較深且探測地層較薄的情況下；

3.?目前的旁壓儀外膜結構可承受壓力較低，尤其是單腔室探頭。如圖1所示，適當?shù)膲毫梢砸饐吻皇姨筋^的外膜100較均勻的變形；但是壓力較大時，單腔室探頭的外膜100兩頭會向外延伸，由此無法獲得土體真實的體積變化，而且該現(xiàn)象會隨著土層的硬度變大而愈加明顯，從而對旁壓模量、屈服壓力、極限壓力等數(shù)據(jù)的計算帶來誤差。

發(fā)明內容

針對上述缺陷，本發(fā)明提供了一種旁壓試驗裝置及方法，其采用空心鉆桿取代現(xiàn)有技術中的柔性塑膠（或尼龍-纖維）管路，便于在鉆孔內放入探頭，同時提高探測精度與目標層定位準確度。此外，探頭的彈性外膜采用3層丁腈橡膠膜組成，且彈性外膜兩端通過芳綸纖維加強、加厚，可承受25?MPa以上的高壓，并能緩解壓力較大時旁壓儀外膜兩頭的向外延伸的狀況。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一方面，提供了一種旁壓試驗裝置，其包括：

空心鉆桿，其用于容納流體介質，且一端從地表伸出,另一端伸入地層；

探頭，其連接所述空心鉆桿伸入所述地層的一端，并位于目標探測層中，且與所述空心鉆桿連通；

加壓設備，其用于通過壓縮所述空心鉆桿內的流體介質產生壓力，且將壓力傳遞至所述探頭，以對所述目標探測層的土體施加壓力，使其產生變形；

以及信號檢測設備，其用于檢測所述探頭周邊土體變形時產生的旁壓數(shù)據(jù)信號。

優(yōu)選的，所述探頭包括：

探頭尾部，其與所述空心鉆桿伸入所述地層的一端連接，且與所述空心鉆桿內部連通；

探頭頭部，其整體為圓錐形；

以及彈性外膜，可在所述流體介質的壓力作用下膨脹，以引起所述目標探測地層土體的變形。