[發(fā)明專利]一種通過(guò)色素粉末增強(qiáng)水壓致裂法印模效果的裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110099717.6
• 申請(qǐng)日: 2021-01-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112832730B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓曉玉;劉元坤;董志宏;艾凱;周春華;李強(qiáng);張新輝;付敬;王復(fù)興;付平;周朝;尹健民;范雷;余美萬(wàn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院
• 主分類號(hào): E21B43/26
• 分類號(hào): E21B43/26;E21B47/00;E21B49/00
• 代理公司: 武漢楚天專利事務(wù)所 42113
• 代理人: 孔敏

本發(fā)明提供一種通過(guò)色素粉末增強(qiáng)水壓致裂法印模效果的裝置及方法。該裝置包括水泵、置于鉆孔中且與水泵連通的壓力管、設(shè)于壓力管上的切換閥、與切換閥連通的軟管、上下間隔設(shè)于鉆孔中的上封隔器、下封隔器，上封隔器、下封隔器之間形成的封隔孔段中安裝色素粉末投放裝置。本發(fā)明通過(guò)在地應(yīng)力量值測(cè)試環(huán)節(jié)的孔內(nèi)設(shè)備增設(shè)粉末投放裝置，可實(shí)現(xiàn)正常試驗(yàn)程序中只對(duì)壓裂孔段部位進(jìn)行色素粉末投放，色素粉末中的染料對(duì)壓裂孔段孔壁染色，粉末顆粒受水流帶動(dòng)部分粘結(jié)于孔壁，孔壁染色和粉末分布特征使破裂縫形態(tài)展示的更為清晰完整，可提高破裂縫形態(tài)辨識(shí)度和方向測(cè)量準(zhǔn)確度，為鉆孔錄像等電測(cè)法快速準(zhǔn)確獲得地應(yīng)力方向提供便利條件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及涉及巖土試驗(yàn)領(lǐng)域，具體是一種通過(guò)色素粉末增強(qiáng)水壓致裂法印模效果的裝置及方法。

背景技術(shù)

水壓致裂地應(yīng)力測(cè)量方法是巖體地應(yīng)力測(cè)試方法中應(yīng)用最廣泛的方法，是國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)(ISRM)、美國(guó)材料學(xué)會(huì)(ASTM)和國(guó)內(nèi)相關(guān)規(guī)程規(guī)范的主要推薦方法。該方法通過(guò)對(duì)鉆孔測(cè)試段巖體水力壓裂特征參數(shù)的識(shí)別與提取，直接計(jì)算測(cè)點(diǎn)部位巖體地應(yīng)力量值，且測(cè)試相對(duì)便捷，成果代表性強(qiáng)，因此，自該方法提出以來(lái)，一直作為學(xué)術(shù)界及工程應(yīng)用中的重要測(cè)試方法獲得推動(dòng)與完善。

水壓致裂法地應(yīng)力測(cè)試有兩個(gè)環(huán)節(jié)組成，其一為量值測(cè)試。該環(huán)節(jié)利用一對(duì)可膨脹的橡膠封隔器在選定鉆孔深度封隔一段約1m長(zhǎng)的孔段，封隔器和封隔孔段由一個(gè)或兩個(gè)壓力管道聯(lián)通地表的壓力泵。封隔器放到選定深度后，量值測(cè)試主要程序?yàn)椋?1)膨脹橡膠封隔器，兩封隔器間形成封隔孔段；(2)下面為試驗(yàn)操作和現(xiàn)象描述：對(duì)封隔孔段泵入水體持續(xù)加壓，封隔孔段水壓力增加直至孔壁巖體壓裂，裂縫擴(kuò)展，停泵，封閉壓力管路，封隔孔段巖體滲透造成壓力緩慢下降，裂縫關(guān)閉，對(duì)承壓管路卸壓。重復(fù)上述操作3個(gè)循環(huán)；(3)封隔器卸壓操作，進(jìn)行下一個(gè)孔段量值測(cè)試；(4)采集巖體承壓試驗(yàn)過(guò)程的壓力數(shù)據(jù)，根據(jù)其特征壓力參數(shù)計(jì)算巖體地應(yīng)力量值。

第二環(huán)節(jié)是方向測(cè)試，該環(huán)節(jié)在量值測(cè)試全部完成取出雙封隔器后進(jìn)行，一般由印模器執(zhí)行，極少數(shù)情況下，可以由鉆孔電視對(duì)破裂縫形態(tài)和位置進(jìn)行記錄。印模器主體是外表為生橡膠層的可膨脹封隔器。該環(huán)節(jié)主要程序?yàn)椋?1)將印模器放入試驗(yàn)鉆孔量值測(cè)試的深度；(2)地表的壓力泵對(duì)壓力管道泵入水，使印模器膨脹，致使量值測(cè)試時(shí)的破裂縫再次張開(kāi)，部分表層生橡膠擠入破裂縫。(3)維持壓力一定時(shí)間，使破裂縫形狀固化。(4)卸壓，提出印模器至孔口；(5)查看并由透明薄膜紙拓印破裂縫留下的凸起痕跡，由印模器連接的定向器確定方向。

目前，針對(duì)水壓致裂法方向測(cè)試技術(shù)的改進(jìn)集中在定向和提高印模效率上，主要有無(wú)時(shí)限定向裝置及方法、電子化定向方法和雙印模器裝置等。現(xiàn)有定向裝置和方法可以滿足地應(yīng)力方向測(cè)試對(duì)定向的需求。但當(dāng)前水壓致裂法地應(yīng)力方向測(cè)試存在仍存在以下主要問(wèn)題：(1)國(guó)內(nèi)印模測(cè)試壓力通道由鉆桿承載，印模單次測(cè)試均要連接和拆卸鉆桿，方向測(cè)試時(shí)間遠(yuǎn)超量值測(cè)試時(shí)間，一般做法是減少方向測(cè)試數(shù)量，只進(jìn)行量值測(cè)試數(shù)量的20％～40％，不同于國(guó)際上每段均進(jìn)行量值和方向測(cè)試。(2)方向測(cè)試環(huán)節(jié)存在因破裂縫狹小無(wú)法采用鉆孔電視等電法觀測(cè)、傳統(tǒng)方向測(cè)試所用印模器印痕容易模糊不清的情況，影響破裂縫形態(tài)和截面主應(yīng)力方向判定。

特別說(shuō)明，量值測(cè)試過(guò)程中孔壁破裂縫由內(nèi)水壓力、地應(yīng)力和巖體抗拉強(qiáng)度等因素合力造成，為了不產(chǎn)生新的裂縫，方向測(cè)試印模器的內(nèi)水壓力必須處于重張壓力和破裂壓力之間，因此，印模測(cè)試中裂縫張開(kāi)度較小，寬度一般小于1mm，且當(dāng)內(nèi)水壓力小于關(guān)閉壓力后，破裂縫隨即閉合。上述原因是印模器印痕難以觀察和鉆孔錄像等電測(cè)法難以作為地應(yīng)力方向測(cè)試的主要原因。

分析破裂縫印痕模糊不清的主要因素還有：(1)印模器外表生橡膠顏色呈黑灰色，正常破裂縫的印痕為微小凸起無(wú)其它差異性特征，故印痕難以尋找且形態(tài)不宜判斷；(2)上下鉆過(guò)程中印模器被孔壁和套管摩擦產(chǎn)生多余痕跡，或者破裂縫凸起痕跡被磨平。(3)鉆孔錄像等電子記錄設(shè)備應(yīng)用效果不佳。上述情況影響了破裂縫形態(tài)及其代表的主應(yīng)力方向信息判定，并對(duì)水壓致裂法地應(yīng)力測(cè)試效率和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性造成了較大影響。

發(fā)明內(nèi)容