一種用于測量巖體力學(xué)參數(shù)的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及鉆孔彈模儀領(lǐng)域，尤其涉及一種使用中不需修正實(shí)測彈模誤差的用于測量巖體力學(xué)參數(shù)的裝置，用于鉆孔彈模儀，它可以在鉆孔中測定固體介質(zhì)的變形或彈性模量，主要用于巖體，也可用于混凝土或金屬。
【背景技術(shù)】
[0002]巖體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，即變形模量和彈性模量是巖體的基本力學(xué)參數(shù)之一。鉆孔變形法是用于測量巖體變形或彈性模量的一種原位測試方法。鉆孔彈模儀是一種使用鉆孔變形法測量巖體的變形或彈性模量的儀器。美國古德曼千斤頂(Goodman Jack)是國際上有代表性的鉆孔彈模儀，已作為國際巖石力學(xué)委員會(huì)(ISRM)的建議方法，用于在鉆孔中測定現(xiàn)場巖體變形或彈性模量。
[0003]古德曼千斤頂是1968年由R.E.Goodman等人發(fā)明的。它的鉆孔直徑為76mm，加壓塊角度為2 β =90°，長度為200mm，加壓活塞為扁圓形，共計(jì)12個(gè)，行程12.5mm，最高壓力64MPa，用壓力表測量，總出力703kN，變形用兩個(gè)線性差動(dòng)變壓器式傳感器(LVDT)測量，安裝在兩端，靈敏度為0.0lmm,量程±5mm，另有兩個(gè)回程活塞，在試驗(yàn)結(jié)束后可收回到69.85mm0
[0004]自從1968年Goodman等人發(fā)表論文并轉(zhuǎn)讓給美國邊坡儀器公司(SlopeIndicator C0.)生產(chǎn)后，許多人對(duì)這一方法進(jìn)行了研究。
[0005]Meyer和Mcvey 1974年用E = 68.95GPa，υ = 0.332的鋁塊對(duì)古德曼千斤頂做了標(biāo)定試驗(yàn)，實(shí)測結(jié)果Ecalc = 23.79GPa，兩者相差三倍。1976年Heuze和Salem通過三維分析計(jì)算，證實(shí)這一差異是由承壓板的彎曲引起的。同年，Hustrulid重新計(jì)算發(fā)現(xiàn)Goodman在1968年的一篇論文中k( υ )的計(jì)算是錯(cuò)誤的，正確值應(yīng)為T*，他同時(shí)還計(jì)算了 Τ*與真實(shí)接觸角的關(guān)系，Mcvey試驗(yàn)中的真實(shí)接觸角β可能是3.5° -8.5° (當(dāng)應(yīng)力為6.9-62.1MPa時(shí))。
[0006]1981年Shuri詳細(xì)研究了接觸問題。他提供的圖表表明，如果要求在28MPa的壓力時(shí)達(dá)到全接觸，對(duì)于E = 13.79GPa的巖石，鉆孔直徑應(yīng)為75.895 一 76.708mm，而當(dāng)E =68.95GPa時(shí)，則鉆孔直徑應(yīng)為75.895 一 76.327mm，可見對(duì)鉆孔的要求是相當(dāng)高的。1982年Swolfs用鋁、鎂、銅三種金屬塊做了標(biāo)定試驗(yàn)，進(jìn)一步證實(shí)了上述問題的存在。
[0007]產(chǎn)生上述差異的原因主要有兩個(gè)，一是承壓塊的縱向彎曲，二是鉆孔和壓塊曲率半徑的匹配。目前的解決辦法是利用有限元法計(jì)算修正曲線或在不同巖體中的標(biāo)定結(jié)果對(duì)計(jì)算值進(jìn)行修正，例如Heuze和Salem提出的修正曲線，從圖可以看出，當(dāng)實(shí)際彈模大于68.95GPa時(shí)，曲線很陡，修正誤差很大，當(dāng)實(shí)測彈模的誤差為5%時(shí)，修正后的真實(shí)彈模Etrue的誤差將達(dá)35%。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]針對(duì)以上的不足，本實(shí)用新型提供了一種用于測量巖體力學(xué)參數(shù)的裝置，它的裝配結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，不需修正實(shí)測彈模誤差。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種用于測量巖體力學(xué)參數(shù)的裝置，包括探頭基體，所述探頭基體上設(shè)有至少一個(gè)活塞空腔；所述活塞空腔內(nèi)設(shè)有相適應(yīng)的活塞；該用于測量巖體力學(xué)參數(shù)的裝置還包括通過連接裝置與所述活塞相連的承壓機(jī)構(gòu)，以及控制所述活塞動(dòng)作的液壓回路。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，其進(jìn)一步措施是:
[0011]優(yōu)選的，所述連接裝置為球鉸，活塞通過球鉸與所述承壓機(jī)構(gòu)相連。
[0012]優(yōu)選的，所述連接裝置為半球鉸，所述活塞通過半球鉸與所述承壓機(jī)構(gòu)相連，并所述半球鉸的端面與所述承壓機(jī)構(gòu)相連，所述半球鉸的凸緣朝向所述活塞的一側(cè)。
[0013]優(yōu)選的，所述承壓機(jī)構(gòu)包括承壓板和連接蓋板，所述連接蓋板與所述活塞相連，所述承壓板可拆卸地設(shè)置在所述連接蓋板上、與所述活塞相反的一側(cè)。
[0014]優(yōu)選的，所述承壓板通過螺栓連接的方式設(shè)置在所述連接蓋板上。
[0015]優(yōu)選的，所述探頭基體上設(shè)有可部分或者全部容納所述承壓機(jī)構(gòu)的腔室；所述活塞空腔的軸線與所述探頭基體的軸線垂直。
[0016]優(yōu)選的，所述液壓回路包括用于驅(qū)動(dòng)所述活塞升程的驅(qū)動(dòng)回路和用于驅(qū)動(dòng)所述活塞回程的回程回路。
[0017]優(yōu)選的，所述探頭基體上設(shè)有四組所述活塞空腔及對(duì)應(yīng)的所述活塞，四組所述活塞為依次排列的第一活塞、第二活塞、第三活塞和第四活塞；其中，第二活塞、第三活塞位于第一活塞和第四活塞之間；所述液壓回路包括用于驅(qū)動(dòng)所述活塞升程的驅(qū)動(dòng)回路和用于驅(qū)動(dòng)所述活塞回程的回程回路，所述活塞與所述驅(qū)動(dòng)回路相連，第一活塞和第四活塞加所述回程回路以作為主動(dòng)回程活塞。
[0018]優(yōu)選的，所述探頭基體上設(shè)有用于測量所述承壓機(jī)構(gòu)中部的位移的位移傳感器。
[0019]本實(shí)用新型的有益效果:
[0020]I)將古德曼千斤頂?shù)氖€(gè)扁圓形活塞改為本實(shí)用新型的四個(gè)圓形活塞，它們?nèi)课挥诔袎喊鍏^(qū)段內(nèi)，從而避免了縱向彎曲影響，位于外側(cè)的兩個(gè)活塞加低壓回路兼作回程活塞，縮短了儀器的總長，但加壓區(qū)長度L與直徑D之比仍大于古德曼千斤頂?shù)腖/D值，使測量結(jié)果更準(zhǔn)確。
[0021]2)當(dāng)鉆孔不圓或試段孔徑不一致時(shí)活塞易產(chǎn)生偏心加壓，導(dǎo)致出力不足，在活塞上加半圓球鉸，微調(diào)承壓板接觸角度，使測量結(jié)果更準(zhǔn)確。
[0022]3)兩個(gè)位移傳感器安裝在中部，接近于最大位移部位，即使承壓塊有縱向彎曲也不會(huì)對(duì)測量結(jié)果產(chǎn)生影響，使測量結(jié)果更準(zhǔn)確。
[0023]4)承壓板與連接蓋板之間可拆卸的連接在一起，使承壓板的曲率半徑、接觸角大小和材料彈?？筛鶕?jù)具體情況選擇，其盡可能與鉆孔直徑相匹配；同時(shí)，將承壓板的接觸角2β改為30°和45°兩種，增大了接觸壓力，接觸壓力分布也更加均勻，使測量結(jié)果更準(zhǔn)確。
[0024]5)在活塞上增加兩個(gè)力傳感器，可直接測量活塞出力，消除了壓力換算及管路損失等對(duì)測量結(jié)果的影響，并且有利于自動(dòng)記錄及數(shù)據(jù)處理，使測量結(jié)果更準(zhǔn)確。
【附圖說明】
[0025]圖1為本實(shí)用新型處于收縮狀態(tài)的示意圖；
[0026]圖2為本實(shí)用新型處于張開狀態(tài)的示意圖；
[0027]圖3為本實(shí)用新型連接蓋板的俯視圖；
[0028]圖4為本實(shí)用新型連接蓋板的側(cè)視圖；
[0029]圖5為本實(shí)用新型承壓板的俯視圖；
[0030]圖6為本實(shí)用新型承壓板的側(cè)視圖；
[0031]圖7為本實(shí)用新型連接蓋板和承壓板的安裝示意圖；
[0032]圖中，1、探頭基體，11、活塞空腔，2、活塞，21、第一活塞，22、第二活塞，23、第三活塞，24、第四活塞，3、承壓機(jī)構(gòu)，31、承壓板，311、工作面，312、安裝面，32、連接蓋板，4、球鉸，
5、檢測裝置，51、位移傳感器，52、力傳感器，6、接頭，61、自封閉快速接頭，62、水下航空連接器。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步闡述，其中，本實(shí)用新型的方向以圖1為標(biāo)準(zhǔn)。
[0034]參照?qǐng)D1，本實(shí)用新型的用于測量巖體力學(xué)參數(shù)的裝置，它包括探頭基體1，以及安裝在探頭基體I上的液壓回路、承壓機(jī)構(gòu)3、連接裝置、檢測裝置5、接頭6和鉆桿連接裝置(