一種三維地應(yīng)力測(cè)試中含空心包體巖芯的取芯裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及巖土工程測(cè)試技術(shù)，具體涉及一種三維地應(yīng)力測(cè)試中含空心包體巖芯的取芯裝置，還涉及一種三維地應(yīng)力測(cè)試中含空心包體巖芯的取芯方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在水電、交通、礦山等地下工程的建設(shè)過(guò)程中，地應(yīng)力水平直接決定著圍巖及結(jié)構(gòu)的受力與變形規(guī)律，是進(jìn)行工程穩(wěn)定性分析及確定設(shè)計(jì)與施工方案的重要依據(jù)。在工程設(shè)計(jì)與施工階段，準(zhǔn)確測(cè)量工程區(qū)域的地應(yīng)力水平對(duì)確定工程最優(yōu)支護(hù)參數(shù)、實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的安全施工與運(yùn)營(yíng)具有重要的指導(dǎo)意義。
[0003]目前，最常用的地應(yīng)力測(cè)試方法有水壓致裂法與空心包體應(yīng)力解除法。在采用空心包體應(yīng)力解除法測(cè)量地應(yīng)力時(shí)，在解除過(guò)程中直接測(cè)量到的是應(yīng)變，解除完成后還需將含包體巖芯完整地取出進(jìn)行彈性模量測(cè)試，最終通過(guò)應(yīng)變與彈模獲得地應(yīng)力。在實(shí)際的測(cè)試中，待含包體巖芯解除完成后，若巖體完整性較好，巖芯通常難以通過(guò)鉆機(jī)扭斷。此時(shí)，若繼續(xù)向前鉆進(jìn)，巖芯斷裂位置及時(shí)刻無(wú)法控制，包體電纜容易隨巖芯管旋轉(zhuǎn)，包體底部電纜應(yīng)力集中，使得電纜纏斷而無(wú)法進(jìn)行彈性模量測(cè)試，導(dǎo)致測(cè)試失敗。因此，開(kāi)發(fā)一種三維地應(yīng)力測(cè)試中含空心包體巖芯的取芯裝置及方法對(duì)提高空心包體地應(yīng)力測(cè)試成功率與精度具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，提供一種三維地應(yīng)力測(cè)試中含空心包體巖芯的取芯裝置，還提供一種三維地應(yīng)力測(cè)試中含空心包體巖芯的取芯方法。
[0005]—種三維地應(yīng)力測(cè)試中含空心包體巖芯的取芯裝置，包括連接件，連接件與取芯筒連接，取芯筒內(nèi)設(shè)置有楔形切削塊。
[0006]如上所述的連接件為外螺紋連接件。
[0007]如上所述的取芯筒為半圓筒狀。
[0008]如上所述的楔形切削塊一端面為楔形面，另一端與連接件連接。
[0009]如上所述的楔形切削塊的底部與取芯筒焊接。
[0010]—種三維地應(yīng)力測(cè)試中含空心包體巖芯的取芯方法，包括以下步驟:
步驟1、測(cè)量巖芯位置:待空心包體安裝完成后，采用巖芯管對(duì)含空心包體的巖芯進(jìn)行應(yīng)力解除，并通過(guò)與巖芯管連接的鉆桿上的刻度讀取解除深度，待解除深度至目標(biāo)深度D時(shí)，通過(guò)改變與鉆桿連接的鉆機(jī)轉(zhuǎn)速、推力以扭斷巖芯或使巖芯產(chǎn)生裂隙，若含空心包體的巖芯扭斷，則進(jìn)入步驟4 ;若含空心包體的巖芯仍未扭斷，在鉆桿與測(cè)試孔口對(duì)應(yīng)位置設(shè)置標(biāo)記線，將巖芯管、鉆桿從自測(cè)試孔中取出，以標(biāo)記線為界限測(cè)量測(cè)試孔中所有鉆桿及巖芯管的總長(zhǎng)度L+D，進(jìn)而計(jì)算含空心包體的巖芯的解除起始位置深度L=(L+D)_D ;
步驟2、推送取芯裝置:將取芯裝置通過(guò)連接件與鉆桿相連，并推入自測(cè)試孔中，而后依次連接后續(xù)鉆桿，最后一節(jié)鉆桿與鉆機(jī)連接，直至取芯筒被推送至巖芯解除起始位置深度L處；
步驟3、折斷含包體巖芯:采用鉆機(jī)勻速、緩慢地將取芯筒插入巖芯與洞壁之間的空隙，當(dāng)楔形切削塊被推進(jìn)空隙設(shè)定距離時(shí)停止推進(jìn)，將取芯裝置隨鉆桿拉出5-20cm距離，通過(guò)拉動(dòng)包體電纜檢驗(yàn)巖芯是否已斷裂，若仍未斷裂則繼續(xù)將鉆桿拉出30-70cm，通過(guò)人力將鉆桿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)20-40度，重復(fù)本步驟直至巖芯斷裂；
步驟4、取出含包體巖芯:巖芯斷裂后，巖芯落入取芯筒中，通過(guò)鉆機(jī)緩慢地將取芯筒拉出，同時(shí)安排一人拉緊包體電纜使含空心包體的巖芯與取芯筒一起被取出。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果:
(I)可順利折斷含包體巖芯，避免過(guò)度解除導(dǎo)致包體電纜纏繞折斷，提高測(cè)試成功率。
[0012](2)可人為控制巖芯解除長(zhǎng)度與巖芯折斷位置，縮短取芯時(shí)間，提高測(cè)試效率。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1三維地應(yīng)力測(cè)試中含空心包體巖芯的取芯裝置俯視圖；
圖2三維地應(yīng)力測(cè)試中含空心包體巖芯的取芯裝置正視圖；
圖3三維地應(yīng)力測(cè)試中含空心包體巖芯的取芯示意圖。
[0014]其中，1-取芯筒，2-楔形切削塊，3-連接件，4-空心包體，5-巖芯，6-包體電纜，7-洞壁，8-裂隙，9-鉆桿。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0016]實(shí)施例1:
一種三維地應(yīng)力測(cè)試中含空心包體巖芯的取芯裝置，包括連接件3，連接件3與取芯筒I連接，取芯筒I內(nèi)設(shè)置有楔形切削塊2。連接件3為外螺紋連接件。取芯筒I為半圓筒狀。楔形切削塊2 —端面為楔形面，另一端與連接件3連接。楔形切削塊2的底部與取芯筒I焊接。
[0017]取芯筒I長(zhǎng)度LI取50cm，取芯筒I厚度與巖芯管相同4mm，楔形切削塊2長(zhǎng)度L2取25cm，楔形角Θ取20度，取芯裝置通過(guò)連接件3與鉆桿9相連。
[0018]—種三維地應(yīng)力測(cè)試中含空心包體巖芯的取芯方法:
步驟1、測(cè)量巖芯位置:待空心包體安裝完成后，采用巖芯管對(duì)含空心包體巖芯進(jìn)行應(yīng)力解除，并通過(guò)與巖心管連接的鉆桿上的刻度讀取解除深度，待解除深度至目標(biāo)深度D=55cm時(shí)，通過(guò)改變與鉆桿連接的鉆機(jī)轉(zhuǎn)速、推力以扭斷巖芯或使巖芯5產(chǎn)生裂隙8，若含空心包體4的巖芯5扭斷，則進(jìn)入步驟4 ;若含空心包體4巖芯5仍未扭斷，在鉆桿9與測(cè)試孔口對(duì)應(yīng)位置設(shè)置標(biāo)記線，而后將巖芯管、鉆桿從自測(cè)試孔中取出，以標(biāo)記線為界限測(cè)量測(cè)試孔中所有鉆桿及巖芯管的總長(zhǎng)度(L+D)，進(jìn)而計(jì)算含空心包體4的巖芯5的解除起始位置深度 L=(L+D) -D=19.55m。
[0019]步驟2、推送取芯裝置:將取芯裝置通過(guò)連接件3與鉆桿9相連，并推入自測(cè)試孔中，而后依次連接后續(xù)鉆桿9，最后一節(jié)鉆桿9與鉆機(jī)連接，直至取芯筒I被推送至巖芯解除起始位置深度L=19.55m處。為保證巖芯5折斷后能夠落入取芯筒I中，推入過(guò)程中盡量保持取芯筒I的中心線位于測(cè)試孔底部180度扇形范圍內(nèi)；同時(shí)，在取芯筒I推進(jìn)過(guò)程中，為保護(hù)包體電纜6不被取芯筒破壞，一人在測(cè)試孔口負(fù)責(zé)拉緊電纜，確保電纜位于取芯筒1、楔形切削塊2及鉆桿9上部。
[0020]步驟3、折斷含包體巖芯:采用鉆機(jī)勻速、緩慢地將取芯筒I插入巖芯5與洞壁7之間的空隙，當(dāng)楔形切削塊2被推進(jìn)空隙設(shè)定距離(根據(jù)空隙的大小確定，并保證推進(jìn)后巖芯5不會(huì)擠壓在自測(cè)試孔的洞壁7上)時(shí)停止推進(jìn)。將取芯裝置隨鉆桿拉出約10cm，與此同時(shí)，通過(guò)拉動(dòng)包體電纜6檢驗(yàn)巖芯5是否已斷裂。若仍未斷裂則繼續(xù)將鉆桿9拉出50cm，通過(guò)人力將鉆桿9順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30度，重復(fù)本步驟直至巖芯斷裂。在巖芯解除至目標(biāo)深度時(shí)，改變鉆機(jī)轉(zhuǎn)速與推力會(huì)使巖芯底部產(chǎn)生裂隙8，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用情況，旋轉(zhuǎn)一次通常即可將巖芯折斷。
[0021]步驟4、取出含包體巖芯:巖芯斷裂后，含包體巖芯5將落入取芯筒I中，為防止巖芯5脫離取芯筒I，通過(guò)鉆機(jī)緩慢地將取芯筒拉出，同時(shí)安排一人拉緊包體電纜使含包體巖芯與取芯筒一起被取出。
[0022]本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說(shuō)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三維地應(yīng)力測(cè)試中含空心包體巖芯的取芯裝置，其特征在于，包括連接件(3)，連接件(3 )與取芯筒(I)連接，取芯筒(I)內(nèi)設(shè)置有楔形切削塊(2 )。2.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種三維地應(yīng)力測(cè)試中含空心包體巖芯的取芯裝置，其特征在于，所述的連接件(3)為外螺紋連接件。3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種三維地應(yīng)力測(cè)試中含空心包體巖芯的取芯裝置，其特征在于，所述的取芯筒(I)為半圓筒狀。4.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種三維地應(yīng)力測(cè)試中含空心包體巖芯的取芯裝置，其特征在于，所述的楔形切削塊(2) —端面為楔形面，另一端與連接件(3)連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種三維地應(yīng)力測(cè)試中含空心包體巖芯的取芯裝置，其特征在于，所述的楔形切削塊(2)的底部與取芯筒(I)焊接。6.一種三維地應(yīng)力測(cè)試中含空心包體巖芯的取芯方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、測(cè)量巖芯位置:待空心包體(4)安裝完成后，采用巖芯管對(duì)含空心包體(4)的巖芯(5)進(jìn)行應(yīng)力解除，并通過(guò)與巖芯管連接的鉆桿上的刻度讀取解除深度，待解除深度至目標(biāo)深度D時(shí)，通過(guò)改變與鉆桿連接的鉆機(jī)轉(zhuǎn)速、推力以扭斷巖芯或使巖芯產(chǎn)生裂隙(8)，若含空心包體(4)的巖芯(5)扭斷，則進(jìn)入步驟4 ;若含空心包體(4)的巖芯(5)仍未扭斷，在鉆桿(9)與測(cè)試孔口對(duì)應(yīng)位置設(shè)置標(biāo)記線，將巖芯管、鉆桿從自測(cè)試孔中取出，以標(biāo)記線為界限測(cè)量測(cè)試孔中所有鉆桿及巖芯管的總長(zhǎng)度L+D，進(jìn)而計(jì)算含空心包體(4)的巖芯(5)的解除起始位置深度L=(L+D)-D ; 步驟2、推送取芯裝置:將取芯裝置通過(guò)連接件(3)與鉆桿(9)相連，并推入自測(cè)試孔中，而后依次連接后續(xù)鉆桿(9)，最后一節(jié)鉆桿(9)與鉆機(jī)連接，直至取芯筒(I)被推送至巖芯解除起始位置深度L處； 步驟3、折斷含包體巖芯:采用鉆機(jī)勻速、緩慢地將取芯筒(I)插入巖芯(5)與洞壁(7)之間的空隙，當(dāng)楔形切削塊(2)被推進(jìn)空隙設(shè)定距離時(shí)停止推進(jìn)，將取芯裝置隨鉆桿(9)拉出5-20cm距離，通過(guò)拉動(dòng)包體電纜(6)檢驗(yàn)巖芯(5)是否已斷裂，若仍未斷裂則繼續(xù)將鉆桿(9)拉出30-70cm，通過(guò)人力將鉆桿(9)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)20-40度，重復(fù)本步驟直至巖芯(5)斷裂； 步驟4、取出含包體巖芯:巖芯(5 )斷裂后，巖芯(5 )落入取芯筒(I)中，通過(guò)鉆機(jī)緩慢地將取芯筒(I)拉出，同時(shí)安排一人拉緊包體電纜使含空心包體的巖芯(5)與取芯筒(I) 一起被取出。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種三維地應(yīng)力測(cè)試中含空心包體巖芯的取芯裝置，包括連接件，連接件與取芯筒連接，取芯筒內(nèi)設(shè)置有楔形切削塊。連接件為外螺紋連接件。取芯筒為半圓筒狀。楔形切削塊一端面為楔形面，另一端與連接件連接。楔形切削塊的底部與取芯筒焊接。本發(fā)明還公開(kāi)了一種三維地應(yīng)力測(cè)試中含空心包體巖芯的取芯方法，測(cè)量巖芯位置；推送取芯裝置；折斷含包體巖芯；取出含包體巖芯。本發(fā)明可順利折斷含包體巖芯，避免過(guò)度解除導(dǎo)致包體電纜纏繞折斷，提高測(cè)試成功率?？扇藶榭刂茙r芯解除長(zhǎng)度與巖芯折斷位置，縮短取芯時(shí)間，提高測(cè)試效率。
【IPC分類】E21B25/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105178900
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】趙武勝, 陳衛(wèi)忠, 楊建平, 肖正龍, 譚賢君, 田洪銘
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所
【公開(kāi)日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年10月13日