專利名稱：深鉆孔巖體變形測試裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及巖體工程測試技術領域，更具體涉及一種深鉆孔巖體變形特性試 驗測試裝置。適用于不同鉆孔孔徑(075mm、 091tnm、 OllOmm)巖體，以及不 同巖性(軟巖和硬巖)巖體的變形模量和彈性模量的測試。
背景技術：
巖體的彈性模量(變形模量)是巖體工程設計的重要參數。目前，國際上普遍 采用的工程巖體彈性模量測試方法總體上可以歸納為動力法和靜力法兩大類。動 力法主要是通過研究地震波或聲波在巖體中的傳播規律來建立運動參數與巖體 彈性模量的關系。這種測試方法具有測量迅速、耗資少、便于大范圍、大規模測 量等優點，但是，該方法給出的是巖體動態彈性模量值，往往高于巖體的實際靜 態彈性模量值，不能直接供工程設計使用。鑒于這一問題，研究人員也進行了一 系列研究工作，致力于分析巖體動、靜彈性模量測試結果的相關關系，但迄今為 止尚無合理的、為大家所公認計算公式或表示相關關系圖表。靜力法是通過量測巖體在靜荷載作用下的巖體變形，然后用彈性力學公式 推算巖體的彈性模量變形指標，是工程設計中應用較多的方法。大致可分為剛性 承壓板法、水壓試洞法以及鉆孔試驗法三類。剛性承壓板法一般只能測量地表或洞壁附近處的巖體彈模值，若需了解深 部巖體的彈模，則需開挖巷道至被測位置方可。試驗過程中，特別是在高應力地 區，由于試驗區表層巖體的松動，試驗得到的彈性模量內均含有松動層的影響，其測試結果一般比巖體的真實彈性模量值低。另外，相對而言，水壓試洞法試驗 過程比較復雜、費用高，在工程應用較少。鉆孔試驗法無需開挖巷道，而是通過勘探鉆孔將測試探頭送至被測位置。 這種試驗方法不僅可減少開挖巷道和制備試件時對巖體的破壞及暴露面的松弛 影響，測試結果更可靠；同時試驗周期短、耗資少，也便于在復雜巖層中不同位 置、不同方向上作大量測試，其測試結果更具有區域統計代表性，因此，該方法 在水電、核電工程中得到應用。目前國內外鉆孔試驗法按加壓板的剛度可分為柔性和剛性加壓法。柔性鉆孔巖體變形測試儀，測試過程中，不直接量測鉆孔孔壁變形而是通過量測膠囊的體積變化來確定巖體的變形，提供的測試結果為測試段(等于膠囊長度)巖體的平均模量。但是，由于在試驗過程中，在膠囊均勻壓力作用下，孔壁變形并不是沿著孔徑方向平均分布，而是為曲面分布(中間大、兩頭小)，通過膠囊的體積變化量測得到的試驗段巖體變形沒有反映巖體的最大變形能力，因此，試驗結果往往偏大，必須經過一定的修正，但是修正系數往往受鉆孔直徑以及巖性等因素影響而難以確定。同時，柔性鉆孔巖體變形測試儀在試驗結果中消除了管路以及壓力泵系統的寄生膨脹量，但不能消除膨脹囊在加壓過程中的壓縮變形量，其測試結果中包含了膨脹膠囊壓縮變形量，在一定程度上影響了測試結果的準確性。另外，對于各向異性明顯的巖體，當需要了解巖體各個不同方向的彈性模量時，該儀器顯然不能適用。目前國外剛性鉆孔巖體變形測試儀不能滿足要求主要表現在以下幾個方面 (1)測試結果存在較大誤差，需要根據對比試驗成果和數值分析對測試結果進 行修正；(2)鉆孔孔壁不可能與鉆孔巖體變形測試儀剛性承壓板完全耦合(承壓 板為固定接觸角度90",使得巖體受力不均勻，在受力面存在局部應力集中；(3) 試驗過程中承壓塊產生縱向彎曲；(4)位移傳感器安裝在兩端，位移傳感器得到 的巖體變形明顯偏小，影響試驗結果；(5)在剛性鉆孔巖體變形測試儀中無測力 傳感器，不能消除消除了壓力換算及管路損失對測試結果的影響，以及活塞摩擦引起的誤差。發明內容本發明的目的是在于提供了一種深鉆孔巖體變形測試裝置，該測試裝置具有 測試精度高，鉆孔孔壁耦合性好，對鉆孔孔徑的適應性強，并且可以直接測量作 用在鉆孔孔壁上的壓力，結構簡單，操作簡單，測試穩定，數據準確。為了實現上述目的，本發明采用以下技術措施該深鉆孔巖體變形測試裝置由手動液壓泵、精密壓力表、高壓進程油管、高 壓回程油管、多芯測量電纜、防渣器、鉆孔巖體變形測試儀、位移傳感器、測力 傳感器、運算放大器、數字讀數儀組成。其特征在于液壓油泵分別與液壓油箱、 高壓油管連接，三通分別與高壓油管、精密壓力表、高壓進程油管連接，高壓進 程油管與鉆孔掩體變形測試儀中的進程活塞油路接口連接，進程活塞油路接口與 進程油路孔相通，進程油路孔與活塞油缸底部相通；高壓回程油管分別與液壓油 箱、回程活塞油路接口連接，回程活塞油路接口與回程油路孔相通，回程油路孔 與回程活塞油腔相通；剛度加強承壓板用螺栓與雙向活塞連接，剛度加強承壓板 與雙向活塞之間是平衡球面；單向活塞中放置油測量傳感器(由彈性體及應變計 組成)，彈性體與剛度加強承壓板之間是平衡球面；可撤卸主動剛性承壓板與剛 度加強承壓板用螺栓連接；可撤卸被動剛性承壓板與鉆孔巖體變形測試儀鋼體用 螺栓連接；位移傳感器用絲扣與鉆孔巖體變形測試儀鋼體連接；位移傳感器的鐵 芯用螺栓與剛度加強承壓板連接，還可以將位移傳感器的磁針用螺栓與剛度加強 承壓板連接。O形密封圈放進雙向活塞密封圈槽中，帶有O形圈的雙向活塞放 進工作油缸中，O形密封圈將油缸分層兩部分即工作油缸和回程油缸；回程油缸 底蓋用絲扣與鉆孔巖體變形測試儀鋼體連接，O形密封圈對雙向活塞、回程活塞 底蓋進行密封、O形密封圈對鉆孔巖體變形測試儀鋼體、回程活塞底蓋進行密封;回程油缸分別與回程油路孔、回程油路接口、高壓回程油管、油箱相通；工作油 缸分別與進程油路孔、進程油路接口、高壓回程油管、三通、高壓油管、液壓油 泵、油箱相通。兩路高壓油管分別為加載進程油管、回程油管，加載進程油管與 鉆孔巖體變形測試儀的進程活塞油路接口相連接，回程油管與鉆孔巖體變形測試 儀的回程活塞油路接口相連接；測量電纜與鉆孔巖體變形測試儀、數字讀數儀相 連接。鉆孔巖體變形測試儀由四個活塞(其中兩端的活塞為雙向活塞即伸出和收 回)、三個位移傳感器、兩個測力傳感器、可撤卸主動剛性承壓板、可撤卸被動 剛性承壓板、防護筒以及電路保護筒組成。深鉆孔巖體變形測試過程手動油泵施加的液壓通過進程高壓油管對鉆孔 巖體變形測試儀的進程活塞進行加壓，鉆孔巖體變形測試儀的進程活塞在液壓的 作用下，對鉆孔巖體變形測試儀的主動剛性承壓板施加工作載荷，鉆孔巖體變形 測試儀的可撤卸主、被動剛性承壓板在工作載荷的作用下，對鉆孔巖壁施加載荷。 對孔壁巖體施加的載荷一般情況按最大載荷力等分7 8級；加壓方式采用逐級 一次循環法或大循環法；采用大循環法時，每級載荷加壓或卸壓時變形數值穩定 后讀數，讀完數后施加或卸至下一級壓力；每一循環卸壓時，最低壓力應退至初 始壓力；試驗點完成后，將鉆孔巖體變形測試儀壓回至最小尺寸，移至下一個試 驗點。根據巖體的變形及施加載荷的大小，可以計算出巖體的模量值。巖體的變形測量位移傳感器的磁針與可剛性加強承壓板相連，位移傳感 器線圈部分與鉆孔巖體變形儀的鋼體相連。當可撤卸主、被動剛性承壓板對孔壁 施加載荷時，孔壁巖體產生變形，可撤卸主動剛性承壓板同時帶動位移傳感器磁 針移動，巖體的變形由位移傳感器轉換為電壓信號，通過測量電纜傳至地面，由 數字讀數儀讀出位移值的大小。施加載荷的測量測力傳感器位安裝在出力活塞與剛性加強承壓板之間，活塞的出力是通過測力傳感器傳遞到剛性加強承壓板。測力傳感器的彈性體受力 后產生變形，測力傳感器彈性體的變形與受力的大小成線性關系，將測力傳感器 彈性體的變形轉換成電壓信號，電壓信號經過放大處理后，通過測量電纜傳至地 面，由數字讀數儀讀出施加載荷值的大小。本發明與現有技術相比，具有以下優點和效果(1) 采用30°、 45。兩種接觸角度的可撤卸剛性承壓板，剛性承壓板的曲率半徑、 接觸角大小和材料可根據工程巖體特征選擇，使得使承壓塊盡可能與鉆孔 巖體耦合，同時采用小接觸角，剛性承壓板接觸壓力更大，鉆孔彈模試驗系統出力更大，最大試驗壓力可以達到70MPa;(2) 鉆孔巖體變形測試儀活塞與剛性承壓板接觸采用球面連接，這是本發明鉆孔巖體變形測試儀的最為獨特的結構，這種結構使承壓塊與孔壁耦合更好、作用在孔壁上的壓力更加均勻；(3) 鉆孔巖體變形測試儀采用四個活塞加載，其中兩端的兩個活塞為雙向活塞(主動加載板的加載活塞，主動加載板的收回活塞)，鉆孔巖體變形測試儀的結構更加緊湊；(4) 在鉆孔巖體變形測試儀中間的兩個活塞上安裝荷載傳感器，直接測量出力， 消除了壓力換算及管路損失對測試結果的影響；(5) 位移傳感器安裝在中部，接近于最大位移部位，可以消除剛性承壓板縱向 彎曲引起的位移測量誤差；(6) 位移傳感器、荷載傳感器擬采用一臺讀數儀進行讀數，操作更簡單；(7) 測試結果不需要進行修IH,測定值Ecale等于真實值Etrue 。本發明的深部巖體模量試驗裝置的技術性能指標如下 今BJE76鉆孔巖體變形測試儀(1) 外型尺寸(mm): 0)74x700;(2) 位移計量程(mm): 8;(3) 位移計分辨率不低于0.001mm;(4) 位移計的線性度0.5%FS;(5) 壓力計量程(MPa): 0 70;(6) 壓力計分辨率0.02M。 今BJE91鉆孔巖體變形測試儀(1) 外型尺寸(mm): 086x760;(2) 位移計量程(mm): 8;(3) 位移計分辨率不低于0.001mm;(4) 位移計的線性度0.5%FS;(5) 壓力計量程(MPa): 0 70;(6) 壓力計分辨率0.02MPa。 今BJE110鉆孔巖體變形測試儀(1) 外型尺寸(mm): 0108x910;(2) 位移計量程(mm): 8;(3) 位移計分辨率不低于0.001mm;(4) 位移計的線性度0.5%FS;(5) 壓力計量程(MPa): 0 70;(6) 壓力計分辨率0.02MPa。今前置放大器主要技術參數(室內試驗得出的測試數據)(1) 負載電流《2mA,最大輸出電壓為3500mv;(2) 配套測力傳感器內阻^240Q;(3) 放大器線性長期穩定性為0.1%;(4) 通頻帶0 10KHz (滿輸出時3dB帶寬)最小分辯電壓及噪聲<5^ v;(5) 工作溫度(TC + 5(TC溫度補償范圍；(6) 零點溫度漂移0.9UV廠C;(7) 零點時間漂移9"v/8小時。
圖1為一種鉆孔巖體變形測試裝置進程結構示意圖； 圖2為一種鉆孔巖體變形測試裝置回程結構示意圖；圖3為一種鉆孔巖體變形測試裝置結構示意圖；圖4為一種雙向活塞A-A剖面結構示意5為一種單向活塞B-B剖面結構示意6為一種鉆孔巖體變形測試裝置測力傳感器電路示意圖。
具體實施方式
根據圖l、圖2、圖3可知液壓油泵2分別與液壓油箱1、高壓油管3連接， 通過手柄53拉壓液壓油泵2提供液壓；高壓油管3與三通4連接；三通4分別 與高壓油管3、精密壓力表5、進程高壓油管6連接，精密壓力表監控所施加的 液壓；進程高壓油管6與鉆孔巖體變形測試儀8中的進程活塞油路接口 17連接， 鉆孔巖體變形測試儀8通過安裝桿19 (控制鉆孔變形測試儀的測量深度)放入 鉆孔54預定深度，安裝桿19固定在提升設備(圖上省略)上，在液壓的作用下 鉆孔巖體變形測試儀8開始工作；高壓回程油管7分別與液壓油箱1、鉆孔巖體 變形測試儀8中的回程活塞油路接口 18連接，進程活塞工作時，回程活塞中的 液壓油通過高壓油管7回到液壓油箱1;當測試工作完成后，鉆孔巖體變形測試 儀8要恢復原狀時，將高壓回程油管7從油箱接口 l卸下后與三通4連接；將高 壓進程油管6從三通4卸下后與液壓油箱1連接；回程活塞工作時，進程活塞中的液壓油通過高壓進程油管回到液壓油箱1,鉆孔巖體變形測試儀8逐漸復原狀；測量電纜9分別與鉆孔巖體變形測試儀8中的測量電纜插接口 20、數字讀數儀 10連接，測量電纜插接口 20的測量線埋設在線槽35中，并預位移傳感器放大 器21和測力傳感器放大器32連接，數字讀數儀通過測量電纜向鉆孔巖體變形測 試儀8中的位移傳感器、測力傳感器提供直流電源；位移傳感器、測力傳感器的輸出信號通過測量電纜傳到數字讀數儀10，通過數字讀數儀的切換開關分別讀 出位移傳感器、測力傳感器輸出信號的量值。根據圖3可知，鉆孔巖體變形測試儀8由以下幾大部分組成鉆孔巖體變形測試儀鋼體12、雙向活塞13a、 13b、單向活塞15a、 15b、剛性加強承壓板28、 可撤卸主動剛性承壓板11、可撤卸被動剛性承壓板27、測力傳感器14a、 14b、 位移傳感器16a、 16b、 16c及位移傳感器鐵芯24a、 24b、 24c、位移傳感器放大 器21a、 21b、測力傳感器放大器32、防渣保護筒33、放大器防護罩、連接螺桿 26、 O形密封圈(材料為橡膠)25a、 25b、 25c、 25d、 38a、 38b、 38c、 38d、 39a、 3%、 39c、 39d、 40a、 40b 、 40c、 40d。結合圖3、圖4、圖5其連接和結構關系如下O形密封圈39a、 39b、 39c、 39d放進雙向活塞13a、 13b密封圈槽中密封，帶有O形圈的雙向活塞13a、 13b 放進油缸31a、 31d中，0形密封圈39a、 39b、 39c、 39d將油缸31a、 31d分成 兩部分，即工作油缸31a、 31d和回程活塞油腔30a、 30b (同一回程油腔)、30c、 30d (同一回程油腔)，回程活塞底蓋29a、 2% (同一元件)、29c、 29d (同一元 件)用絲扣與鉆孔巖體變形測試儀鋼體12連接(放進O形密封圈39a、 39b、 39c、 39d后的雙向活塞13a、 13b分別放進雙向工作油缸31a、 31d、 0形密封圈39a、 39b、 39c、 39d對雙向活塞的進程和回程工作油缸進行密封，0形密封圈25a、 25b、 25c、 25d、 O形密封圈38a、 38b、 38c、 38d放進回程活塞底蓋29a、 2%、 29c、 29dO形密封圈槽中密封，放進0形密封圈后的回程活塞底蓋29a、 2%、 29c、 29d套進雙向活塞13a、 13b、回程活塞底蓋29a、 29b、 29c、 29d的絲扣旋 進鉆孔巖體變形測試儀鋼體12中，0形密封圈25a、 25b、 25c、 25d對雙向活塞 13a、 13b、回程活塞底蓋29a、 29b、 29c、 29d進行密封，O形密封圈38a、 38b、 38c、 38d對鉆孔巖體變形測試儀鋼體12、回程活塞底蓋29a、 29b、 29c、 29d進行密封；回程活塞油腔30a、 30b、 30c、 30d分別與回程油路孔36、回程油路接 口 18、高壓回程油管7、油箱1相通，工作油缸31a、 31b、 31c、 31d分別與進 程油路孔37、進程油路接口 17、高壓進程油管6、三通4、高壓油管3、液壓油 泵2、油箱1相通。單向活塞15a、 15b放進工作油缸31b、 31c，測力傳感器放 進單向活塞15a、 15b，測力傳感器由應變計22a、 22b、 22c、 22d包括應變片電 阻Ro、 R7、 R8、 Ro(由圖6可知)和彈性體14a、 14b組成，應變計22a、 22b、 22c、 22d粘貼在彈性體14a、 14b上、應變計22a、 22b、 22c、 22d粘貼好后接出引線、 并用環氧樹脂對其進行密封，彈性體14a、 14b粘貼好應變計22a、 22b、 22c、 22d 后放進單向活塞15a、 15b中，并對準定位槽，對彈性體14a、 14b與單向活塞 15a、 15b中的縫隙用膠進行再次密封。密封膠固化后，單向活塞15a、 15b中帶 有測力傳感器。對帶有測力傳感器單向活塞15a、 15b進行室內標定，檢驗壓力 傳感器是否合格，并標定出測力傳感器加壓和卸壓時的線性度和靈敏系數。O形 密封圈40a、 40b、 40c、 40d放進帶有測力傳感器單向活塞15a、 15b密封圈槽中， 并將標定好后的帶有測力傳感器單向活塞15a、 15b裝進工作油缸31b、 31c中， O形密封圈40a、 40b、 40c、 40d對鉆孔巖體變形測試儀鋼體12、單向活塞15a、 15b進行密封；布線槽35分別與測量電纜插接口20、位移傳感器放大器21a、 21b、測力傳感器放大器32相通；測力傳感器的引線經過鉆孔巖體變形測試儀鋼 體12的布線槽35，與測力傳感器的放大器32連接，將測力傳感器的測量信號 進行放大處理，經過測量電纜9傳至數字讀數儀10;位移傳感器16a、 16b、 16c 的螺扣旋進鉆孔巖體變形測試儀鋼體12中，位移傳感器16a、 16b、 16c的信號 線經過鉆孔巖體變形測試儀鋼體的布線槽35，與傳感器放大器21a、 21b相連接， 位移信號經過放大處理，經過測量電纜9傳至數字讀數儀10，位移傳感器鐵芯 24a、 24b、 24c用螺栓與剛度加強承壓板28相連接，位移傳感器鐵芯24a、 24b、24c固定到剛度加強承壓板28上后，并插進位移傳感器16a、 16b、 16c中，剛度 加強承壓板28在工作時，帶動位移傳感器鐵芯24a、 24b、 24c移動，鐵芯24a、 24b、 24c在位移傳感器中移動后，位移傳感器16a、 16)、 16c中的電壓產生變化， 位移傳感器16a、 16b、 16c中的電壓產生變化與鐵芯24a、 24b、 24c的位移在一 定范圍內成線性關系；雙向活塞13a、 13b、單向活塞15a、 15b的上端面均為球 面，在剛度加強承壓板28用緊固螺栓26與雙向活塞Ba、 13b連接之前，在雙 向活塞13a、 13b、單向活塞15a、 15b的上端面放進平衡球面23a、 23b、 23c、 23d(平衡球面可以保持剛度加強承壓板28與雙向活塞13a、 13b，單向活塞15a、 15b接觸面不變，減小活塞與活塞油缸壁的摩擦阻力)，放好平衡球面23a、 23b、 23c、 23d后，將剛度加強承壓板28用緊固螺栓26與雙向活塞13a、 13b連接； 可撤卸主動剛性承壓板11用螺栓26與剛度加強承壓板28連接；可撤卸被動剛 性承壓板27用螺栓26與鉆孔巖體變形測試儀鋼體12連接；為適應不同強度的 巖體，可撤卸主動剛性承壓板11，可撤卸被動剛性承壓板27有兩種接觸角度(硬 巖用30G板、較軟巖用45G板)；為適應不同尺寸的鉆孔，可撤卸主動剛性承壓板 11，可撤卸被動剛性承壓板27做成不同厚度承壓板(接觸角度均為3()0板或450 板)；高壓進程油管6與進程活塞油路接口 17連接，進程活塞油路接口17與進 程油路孔37相通，進程油路孔37與工作油缸31a、 31b、 31c、 31d底部相通； 高壓進程油管7與回程活塞油路接口 18連接，回程活塞油路接口 18與油路孔 36相通，油路孔36與回程活塞油腔30a、 30b、 30c、 30d上部相通;測量電纜9 與測量電纜插接口 20連接，測量電纜9中電源線和測量信號線經過鉆孔巖體變 形測試儀鋼體的布線槽35與測力傳感器放大器32、位移傳感器放大器21a、 21b 連接；防鉆孔壁掉塊保護筒33用絲扣與鉆孔巖體變形測試儀鋼體12連接；放大 器保護罩34用絲扣與鉆孔巖體變形測試儀鋼體12連接。根據圖l、圖2、圖3、圖4、圖5可知，液壓油泵2中的高壓液體經過高 壓油管3、三通4、高壓進程油管6、進程活塞油路接口 17、油路孔37進入工作 油缸31a、 31b、 31c、 31d，高壓液體將O形密封圈39a、 39b、 39c、 39d、 40a、 40b、 40c、 40d壓縮產生變形，對雙向活塞13a、 13b、單向活塞15a、 15b及活 塞油缸進行密封、防止高壓液體外瀉，高壓液體推動雙向活塞13a、 13b、單向 活塞15a、 15b向外伸出(彈性體14a、 14b在單向活塞15a、 15b及剛度加強承 壓板28在力的作用下產生壓縮變形，應變計22a、 22b、 22c、 22d就可以測量出 彈性體14a、 14b變形量的大小即活塞出力的大小)，帶動剛度加強承壓板28及 可撤卸主動剛性承壓板11伸出鉆孔巖體變形測試儀鋼體12(剛度加強承壓板28 伸出時將帶動傳感器磁針移動，磁針移動就可以測量剛度加強承壓板28伸出位 移的大小)，將可撤卸主動剛性承壓板11、可撤卸被動剛性承壓板27推向鉆孔 壁，使可撤卸主動剛性承壓板11、可撤卸被動剛性承壓板27與鉆孔壁緊密耦合， 位移傳感器16a、 16b、 16c分別裝在雙向活塞13a與單向活塞15a、單向活塞15a 與單向活塞15b、單向活塞15b與雙向活塞13b之間，用絲扣固定在鉆孔巖體變 形測試儀鋼體12上；位移傳感器鐵芯24a、 24b、 24c用螺栓固定在剛度加強承 壓板28上，位移傳感器16a、 16b、 16c信號線與位移傳感器放大器21a、 21b連 接，位移傳感器放大器21a、 21b的電源線、信號輸出線與測電電纜9連接，測 電電纜9與數字讀數儀10連接。在工作壓力的作用下，位移傳感器16a、 16b、 16c測量鉆孔壁巖體產生變形，測量傳感器14a、 14b測量作用在鉆孔壁巖體上 的工作壓力，得到了巖體的變形與工作壓力之間的關系，就可以計算巖體模量值; 雙向活塞13a、 13b、單向活塞15a、 15b在向外伸出時，回程活塞油腔30a、 30b、 30c、 30d中的液體將O形密封圈25a、 25b、 25c、 25d、 O形密封圈38a、 38b、 38c、 38d壓縮產生變形，分別對雙向活塞13a、 13b與回程活塞底蓋29a、 29b、29c、 29d、回程活塞底蓋29a、 29b、 29c、 29d與鉆孔巖體變形測試儀鋼體8進 行密封、防止高壓液體外瀉，回程活塞油腔30a、 30b、 30c、 30d中的液體經過 回程油路孔36、回程活塞油路接口 18、高壓回程油管7、回到油箱l;若將剛度 加強承壓板28及可撤卸主動剛性承壓板11收回復原，其過程是液壓油泵2中 的高壓液體經過高壓油管3、三通4、高壓回程油管7、進程活塞油路接口 18、 油路孔36進入回程活塞油腔30a、 30b、 30c、 30d，高壓液體推動雙向活塞13a、 13b向內縮回，帶動剛度加強承壓板28及可撤卸主動剛性承壓板11縮回到鉆孔 巖體變形測試儀鋼體12內，同時剛度加強承壓板28將單向活塞15a、 15b壓回 到油缸31內；此過程中O形密封圈25a、 25b、 25c、 25d、 38a、 38b、 38c、 38d、 39a、 39b、 39c、 39d、 40a、 40b、 40c、 40d的作用與進程的作用相同；雙向活塞 13a、 13b在收回過程中，進程活塞油缸31a、 31b、 31c、 31d中的液體經過回程 油路孔37、回程活塞油路接口17、高壓回程油管6、回到油箱l。根據圖6可知，數字讀數儀10的電源正極分別與測量傳感器組成的應變計 22a、 22b、 22c、 22d的引線41、 50、運算放大器49電源正極、平衡調節器52 的第一電阻R!連接；數字讀數儀10的電源負極分別與測力傳感器應變計22a、 22b、 22c、 22d的引線42、 51、運算放大器49電源負極、平衡調節器52的第五 電阻R5電阻連接；電源接地44與測力傳感器的平衡調節器52接地引線45連接。 應變計22a、 22b、 22c、 22d的引線46與運算放大器49信號正極連接，應變計 22a、 22b、 22c、 22d的引線47分別與運算放大器49信號負極連接，平衡調節 器52中的可變電阻R2旋鈕48引線連接。測力傳感器應變計22a、 22b、 22c、 22d 由電阻R"電阻R7、電阻Rs、電阻R94個電阻應變片組成帶有溫度補償功能的全 橋電路；電阻IU分別與電阻R7、電阻R"引線50、引線47連接，電阻R7分別 與電阻R6、電阻R8、引線47、引線51連接，電阻R8分別與電阻R9、電阻R7、引線46、引線51連接，電阻R9分別與電阻R6、電阻Rs、引線50、引線46連接； 平衡調節器52由電阻R!、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻Rs5個電阻組成；電 阻R,分別與電阻R2、電阻R3、電源正極、引線41，電阻R2分別與電阻R,、電阻 R3、電阻R4、電阻Rs、旋鈕48引線連接，電阻R3分別與電阻Rh電阻112、電阻 R"接地引線45連接，電阻R^分別與電阻R2、電阻Rs、接地引線45連接，電 阻R5分別與電阻R2、電阻R"電源負極引線42連接；由于測力傳感器應變計進 行溫度補償，輸出有初始不平衡，調節R2電位器上的旋鈕48，就可以調節輸出 初始不平衡。
權利要求
1、一種深鉆孔巖體變形測試裝置，包括液壓油泵(2)、精密壓力表(5)、高壓進程油管(6)、高壓回程油管(7)、多芯測量電纜(9)、鉆孔巖體變形測試儀(8)、位移傳感器(16a)、(16b)、(16c)、測力傳感器(14a)、(14b)、運算放大器(49)、數字讀數儀(10)，其特征在于液壓油泵(2)分別與液壓油箱(1)、高壓油管(3)連接，三(40分別與高壓油管(3)、精密壓力表(5)、高壓進程油管(6)連接，高壓進程油管(6)與鉆孔巖體變形測試儀(8)中的進程活塞油路接口(17)連接，進程活塞油路接口(17)與進程油路孔(37)相通，進程油路孔(37)與活塞油缸(31a)、(31b)、(31c)、(31d)底部相通；高壓回程油管(7)分別與液壓油箱(1)、回程活塞油路接口(18)連接，回程活塞油路接口(18)與回程油路孔(36)相通，回程油路孔(36)與回程活塞油腔(30a、30b)、(30c、30d)相通；剛度加強承壓板(28)用螺栓(26)與雙向活塞(13a)、(13b)連接，剛度加強承壓板(28)與雙向活塞(13a)、(13b)與之間是平衡球面(23a)、(23d)；單向活塞(15a)、(15b)中放置油測量傳感器，彈性體(14a)、(14b)與剛度加強承壓板(28)之間是平衡球面(23b)、(23c)；主動承壓板(11)與剛度加強承壓板(28)用螺栓(26)連接；被動承壓板(27)與鋼體(12)用螺栓26連接；位移傳感器(16a)、(16b)、(16c)用絲扣與鋼體(12)連接；位移傳感器的鐵芯(24a)、(24b)、(24c)用螺栓與剛度加強承壓板(28)連接。
2、 根據權利要求1所述的一種深鉆孔巖體變形測試裝置，其特征在于鉆 孔巖體測試儀(8)包括鋼體(12)、雙向活塞U3a)、 (13b)、單向活塞(15a)、(15b)、剛性加強承壓板(28)、主動承壓板(U)、被動承壓板(27)、測力傳 感器(14a)、 (14b)、位移傳感器(16a)、 (16b)、 (16c)， O形密封圈 、 39b、39c、 39d)放進雙向活塞(13a)、 (13b)密封圈槽中密封，帶有O形圈的雙向活 塞(13a)、 (13b)放進油缸(31a)、 Glb)中，O形密封圈(39a、 39b)、 (39c、 39d) 將油缸分(31a)、 (31b)成兩部分即工作油缸(31a)、 Old)和回程活塞油腔(30a、 30b、 30c、 30d);回程活塞底蓋(29a、 29b)、 (29c、 29d)用絲扣與鋼體(12) 連接，O形密封圈(25a、 25b)、 (25c、 25d)對雙向活塞(13a)、 (13b)、回程活 塞底蓋(29a、 29b)、 (29c、 29d)進行密封，O形密封圈G8a、 38b)、 (38c、 38d) 對鉆孔巖體變形測試儀鋼體(12)、回程活塞底蓋(29a、 29b)、 (29c、 29d)進行 密封；回程活塞油腔(30a、 30b)、 (30c、 30d)分別與回程油路孔(36)、回程 油路接口 (18)、高壓回程油管(7)、油箱(1)相通；工作油缸(31a)、 Glb)、 (31c)、 (31d)分別與進程油路孔(37)、進程油路接口 (17)、高壓進程油管(6)、 三通(4)、高壓油管(3)、液壓油泵(2)、油箱(1)相通。
3、 根據權利要求1所述的一種深鉆孔巖體變形測試裝置，其特征在于測 力傳感器由應變計(22a、 22b、 22c、 22d)包括應變片(R6、 R7、 R8、 R9)和 彈性體(14a)、 (14b)組成，應變計(22a、 22b)、 (22c、 22d)粘貼在彈性體(14a)、(14b)上、應變計(22a、 22b)、 (22c、 22d)粘貼后接出引線、用環氧樹脂對 其進行密封，彈性體(14a)、 (14b)粘貼應變計(22a、 22b)、 (22c、 22d)后放 進單向活塞(15a)、 (15b)中，對彈性體(14a)、 (14b)與單向活塞(15a)、 (15b) 中的縫隙用硅膠進行密封；測力傳感器的引線經過鋼體(12)的布線槽(35)與 測力傳感器的放大器(32)連接。
4、 根據權利要求1所述的一種深鉆孔巖體變形測試裝置，其特征在于可撤 卸主動剛性承壓板(11)、可撤卸被動剛性承壓板(27)的接觸角度為300或450。
5、 根據權利要求1所述的一種深鉆孔巖體變形測試裝置，其特征在于位 移傳感器(16a)、 (16b)、 (16c)分別裝在雙向活塞(13a)與單向活塞(15a)、單向活塞15a)與單向活塞U5b)、單向活塞U5b)與雙向活塞(13b)之間， 用絲扣固定在鋼體(12)上；位移傳感器鐵芯(24a)、 (24b)、 (24c)用螺栓固 定在剛度加強承壓板(28)上；位移傳感器(16a)、 (16b)、 (16c)信號線與位 移傳感器放大器(21a)、 (21b)連接，位移傳感器放大器(21a)、 (21b)的電源 線、信號輸出線與測量電纜(9)連接，測量電纜(9)與數字讀數儀(10)連接。 6、根據權利要求3或5所述的一種深鉆孔巖體變形測試裝置，其特征在于 數字讀數儀(10)的電源正極(41)分別與應變計(22a、 22b)、 (22c、 22d)的 引線(41、 50)、運算放大器(49)電源正極、平衡調節器(52)的第一電阻R! 連接，數字讀數儀(10)的電源負極分別與應變計(22a、 22b)、 (22c、 22d)的 引線(42、 51)、運算放大器(49)電源負極、平衡調節器(52)的第五電阻R5連 接，電源接地(44)與平衡調節器(52)引線(45)連接，應變計(22a、 22b)、 (22c、 22d)的引線(46)與運算放大器(49)信號正極連接，應變計(22a、 22b)、 (22c、 22d)的引線(47)與運算放大器(49)信號負極連接，平衡調節 器(52)中的第二電阻R2旋鈕(48)引線連接，平衡調節器(52)由第一電阻Ri、第 二電阻&、第三電阻&、第四電阻&、第五電阻Rs組成。
全文摘要
本發明公開了一種深鉆孔巖體變形測試裝置，手動液壓泵與壓力表、高壓油管相連；兩路高壓油管分別為加載進程油管、回程油管，加載進程油管與鉆孔巖體變形測試儀的進程活塞接口相連，回程油管與鉆孔巖體變形測試儀的回程活塞接口相連；測量電纜與鉆孔巖體變形測試儀、數字讀數儀相連。鉆孔巖體變形測試儀由四個活塞、三個位移傳感器、位移傳感器放大器、兩個測力傳感器、測力傳感器放大器、可撤卸主動剛性承壓板、可撤卸被動剛性承壓板、防護筒以及電路保護筒組成；該裝置測試精度高，與鉆孔孔壁耦合性好，對鉆孔孔徑的適應性強，該裝置直接測試深部巖體的變形模量值和彈性模量值，結構簡單，操作簡單，測試穩定，數據準確。
文檔編號G01L1/20GK101246100SQ20071016834
公開日2008年8月20日 申請日期2007年11月14日 優先權日2007年11月14日
發明者劉亞群, 周青春, 祥 夏, 蒞 朱, 李俊如, 李海波, 謙 盛, 羅超文 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所