CN101246100B

CN101246100B - 深钻孔岩体变形测试装置

Info

Publication number: CN101246100B
Application number: CN2007101683424A
Authority: CN
Inventors: 罗超文; 李海波; 刘亚群; 李俊如; 周青春; 夏祥; 盛谦; 朱莅
Original assignee: Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
Current assignee: Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
Priority date: 2007-11-14
Filing date: 2007-11-14
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2027-11-14
Also published as: CN101246100A

Abstract

本发明公开了一种深钻孔岩体变形测试装置，手动液压泵与压力表、高压油管相连；两路高压油管分别为加载进程油管、回程油管，加载进程油管与钻孔岩体变形测试仪的进程活塞接口相连，回程油管与钻孔岩体变形测试仪的回程活塞接口相连；测量电缆与钻孔岩体变形测试仪、数字读数仪相连。钻孔岩体变形测试仪由四个活塞、三个位移传感器、位移传感器放大器、两个测力传感器、测力传感器放大器、可撤卸主动刚性承压板、可撤卸被动刚性承压板、防护筒以及电路保护筒组成；该装置测试精度高，与钻孔孔壁耦合性好，对钻孔孔径的适应性强，该装置直接测试深部岩体的变形模量值和弹性模量值，结构简单，操作简单，测试稳定，数据准确。

Description

深钻孔岩体变形测试装置

技术领域

本发明涉及岩体工程测试技术领域，更具体涉及一种深钻孔岩体变形特性试验测试装置。适用于不同钻孔孔径(Φ75mm、Φ91mm、Φ110mm)岩体，以及不同岩性(软岩和硬岩)岩体的变形模量和弹性模量的测试。

背景技术

岩体的弹性模量(变形模量)是岩体工程设计的重要参数。目前，国际上普遍采用的工程岩体弹性模量测试方法总体上可以归纳为动力法和静力法两大类。动力法主要是通过研究地震波或声波在岩体中的传播规律来建立运动参数与岩体弹性模量的关系。这种测试方法具有测量迅速、耗资少、便于大范围、大规模测量等优点，但是，该方法给出的是岩体动态弹性模量值，往往高于岩体的实际静态弹性模量值，不能直接供工程设计使用。鉴于这一问题，研究人员也进行了一系列研究工作，致力于分析岩体动、静弹性模量测试结果的相关关系，但迄今为止尚无合理的、为大家所公认计算公式或表示相关关系图表。

静力法是通过量测岩体在静荷载作用下的岩体变形，然后用弹性力学公式推算岩体的弹性模量变形指标，是工程设计中应用较多的方法。大致可分为刚性承压板法、水压试洞法以及钻孔试验法三类。

刚性承压板法一般只能测量地表或洞壁附近处的岩体弹模值，若需了解深部岩体的弹模，则需开挖巷道至被测位置方可。试验过程中，特别是在高应力地区，由于试验区表层岩体的松动，试验得到的弹性模量内均含有松动层的影响，其测试结果一般比岩体的真实弹性模量值低。另外，相对而言，水压试洞法试验过程比较复杂、费用高，在工程应用较少。

钻孔试验法无需开挖巷道，而是通过勘探钻孔将测试探头送至被测位置。这种试验方法不仅可减少开挖巷道和制备试件时对岩体的破坏及暴露面的松弛影响，测试结果更可靠；同时试验周期短、耗资少，也便于在复杂岩层中不同位置、不同方向上作大量测试，其测试结果更具有区域统计代表性，因此，该方法在水电、核电工程中得到应用。

目前国内外钻孔试验法按加压板的刚度可分为柔性和刚性加压法。柔性钻孔岩体变形测试仪，测试过程中，不直接量测钻孔孔壁变形而是通过量测胶囊的体积变化来确定岩体的变形，提供的测试结果为测试段(等于胶囊长度)岩体的平均模量。但是，由于在试验过程中，在胶囊均匀压力作用下，孔壁变形并不是沿着孔径方向平均分布，而是为曲面分布(中间大、两头小)，通过胶囊的体积变化量测得到的试验段岩体变形没有反映岩体的最大变形能力，因此，试验结果往往偏大，必须经过一定的修正，但是修正系数往往受钻孔直径以及岩性等因素影响而难以确定。同时，柔性钻孔岩体变形测试仪在试验结果中消除了管路以及压力泵系统的寄生膨胀量，但不能消除膨胀囊在加压过程中的压缩变形量，其测试结果中包含了膨胀胶囊压缩变形量，在一定程度上影响了测试结果的准确性。另外，对于各向异性明显的岩体，当需要了解岩体各个不同方向的弹性模量时，该仪器显然不能适用。

目前国外刚性钻孔岩体变形测试仪不能满足要求主要表现在以下几个方面：(1)测试结果存在较大误差，需要根据对比试验成果和数值分析对测试结果进行修正；(2)钻孔孔壁不可能与钻孔岩体变形测试仪刚性承压板完全耦合(承压板为固定接触角度90°)，使得岩体受力不均匀，在受力面存在局部应力集中；(3)试验过程中承压块产生纵向弯曲；(4)位移传感器安装在两端，位移传感器得到的岩体变形明显偏小，影响试验结果；(5)在刚性钻孔岩体变形测试仪中无测力传感器，不能消除消除了压力换算及管路损失对测试结果的影响，以及活塞摩擦引起的误差。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种深钻孔岩体变形测试装置，该测试装置具有测试精度高，钻孔孔壁耦合性好，对钻孔孔径的适应性强，并且可以直接测量作用在钻孔孔壁上的压力，结构简单，操作简单，测试稳定，数据准确。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：

该深钻孔岩体变形测试装置由手动液压泵、精密压力表、高压进程油管、高压回程油管、多芯测量电缆、防渣器、钻孔岩体变形测试仪、位移传感器、测力传感器、运算放大器、数字读数仪组成。其特征在于：液压油泵分别与液压油箱、高压油管连接，三通分别与高压油管、精密压力表、高压进程油管连接，高压进程油管与钻孔掩体变形测试仪中的进程活塞油路接口连接，进程活塞油路接口与进程油路孔相通，进程油路孔与活塞油缸底部相通；高压回程油管分别与液压油箱、回程活塞油路接口连接，回程活塞油路接口与回程油路孔相通，回程油路孔与回程活塞油腔相通；刚度加强承压板用螺栓与双向活塞连接，刚度加强承压板与双向活塞之间是平衡球面；单向活塞中放置油测量传感器(由弹性体及应变计组成)，弹性体与刚度加强承压板之间是平衡球面；可撤卸主动刚性承压板与刚度加强承压板用螺栓连接；可撤卸被动刚性承压板与钻孔岩体变形测试仪钢体用螺栓连接；位移传感器用丝扣与钻孔岩体变形测试仪钢体连接；位移传感器的铁芯用螺栓与刚度加强承压板连接，还可以将位移传感器的磁针用螺栓与刚度加强承压板连接。O形密封圈放进双向活塞密封圈槽中，带有O形圈的双向活塞放进工作油缸中，O形密封圈将油缸分层两部分即工作油缸和回程油缸；回程油缸底盖用丝扣与钻孔岩体变形测试仪钢体连接，O形密封圈对双向活塞、回程活塞底盖进行密封、O形密封圈对钻孔岩体变形测试仪钢体、回程活塞底盖进行密封；回程油缸分别与回程油路孔、回程油路接口、高压回程油管、油箱相通；工作油缸分别与进程油路孔、进程油路接口、高压回程油管、三通、高压油管、液压油泵、油箱相通。两路高压油管分别为加载进程油管、回程油管，加载进程油管与钻孔岩体变形测试仪的进程活塞油路接口相连接，回程油管与钻孔岩体变形测试仪的回程活塞油路接口相连接；测量电缆与钻孔岩体变形测试仪、数字读数仪相连接。钻孔岩体变形测试仪由四个活塞(其中两端的活塞为双向活塞即伸出和收回)、三个位移传感器、两个测力传感器、可撤卸主动刚性承压板、可撤卸被动刚性承压板、防护筒以及电路保护筒组成。

深钻孔岩体变形测试过程：手动油泵施加的液压通过进程高压油管对钻孔岩体变形测试仪的进程活塞进行加压，钻孔岩体变形测试仪的进程活塞在液压的作用下，对钻孔岩体变形测试仪的主动刚性承压板施加工作载荷，钻孔岩体变形测试仪的可撤卸主、被动刚性承压板在工作载荷的作用下，对钻孔岩壁施加载荷。对孔壁岩体施加的载荷一般情况按最大载荷力等分7～8级；加压方式采用逐级一次循环法或大循环法；采用大循环法时，每级载荷加压或卸压时变形数值稳定后读数，读完数后施加或卸至下一级压力；每一循环卸压时，最低压力应退至初始压力；试验点完成后，将钻孔岩体变形测试仪压回至最小尺寸，移至下一个试验点。根据岩体的变形及施加载荷的大小，可以计算出岩体的模量值。

岩体的变形测量：位移传感器的磁针与可刚性加强承压板相连，位移传感器线圈部分与钻孔岩体变形仪的钢体相连。当可撤卸主、被动刚性承压板对孔壁施加载荷时，孔壁岩体产生变形，可撤卸主动刚性承压板同时带动位移传感器磁针移动，岩体的变形由位移传感器转换为电压信号，通过测量电缆传至地面，由数字读数仪读出位移值的大小。

施加载荷的测量：测力传感器位安装在出力活塞与刚性加强承压板之间，活塞的出力是通过测力传感器传递到刚性加强承压板。测力传感器的弹性体受力后产生变形，测力传感器弹性体的变形与受力的大小成线性关系，将测力传感器弹性体的变形转换成电压信号，电压信号经过放大处理后，通过测量电缆传至地面，由数字读数仪读出施加载荷值的大小。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

(1)采用30°、45°两种接触角度的可撤卸刚性承压板，刚性承压板的曲率半径、接触角大小和材料可根据工程岩体特征选择，使得使承压块尽可能与钻孔岩体耦合，同时采用小接触角，刚性承压板接触压力更大，钻孔弹模试验系统出力更大，最大试验压力可以达到70MPa；

(2)钻孔岩体变形测试仪活塞与刚性承压板接触采用球面连接，这是本发明钻孔岩体变形测试仪的最为独特的结构，这种结构使承压块与孔壁耦合更好、作用在孔壁上的压力更加均匀；

(3)钻孔岩体变形测试仪采用四个活塞加载，其中两端的两个活塞为双向活塞(主动加载板的加载活塞，主动加载板的收回活塞)，钻孔岩体变形测试仪的结构更加紧凑；

(4)在钻孔岩体变形测试仪中间的两个活塞上安装荷载传感器，直接测量出力，消除了压力换算及管路损失对测试结果的影响；

(5)位移传感器安装在中部，接近于最大位移部位，可以消除刚性承压板纵向弯曲引起的位移测量误差；

(6)位移传感器、荷载传感器拟采用一台读数仪进行读数，操作更简单；

(7)测试结果不需要进行修正，测定值Ecale等于真实值Etrue。

本发明的深部岩体模量试验装置的技术性能指标如下：

BJE76钻孔岩体变形测试仪

(1)外型尺寸(mm)：Φ74×700；

(2)位移计量程(mm)：8；

(3)位移计分辨率：不低于0.001mm；

(4)位移计的线性度：0.5％FS；

(5)压力计量程(MPa)：0～70；

(6)压力计分辨率：0.02M。

BJE91钻孔岩体变形测试仪

(1)外型尺寸(mm)：Φ86×760；

(2)位移计量程(mm)：8；

(3)位移计分辨率：不低于0.001mm；

(4)位移计的线性度：0.5％FS；

(5)压力计量程(MPa)：0～70；

(6)压力计分辨率：0.02MPa。

BJE110钻孔岩体变形测试仪

(1)外型尺寸(mm)：Φ108×910；

(2)位移计量程(mm)：8；

(3)位移计分辨率：不低于0.001mm；

(4)位移计的线性度：0.5％FS；

(5)压力计量程(MPa)：0～70；

(6)压力计分辨率：0.02MPa。

前置放大器主要技术参数(室内试验得出的测试数据)

(1)负载电流≤2mA，最大输出电压为3500mv；

(2)配套测力传感器内阻≥240Ω；

(3)放大器线性长期稳定性为0.1％；

(4)通频带0～10KHz(满输出时3dB带宽)最小分辩电压及噪声＜5μv；

(5)工作温度：0℃～+50℃温度补偿范围；

(6)零点温度漂移：0.9μv/℃；

(7)零点时间漂移：：9μv/8小时。

附图说明

图1为一种钻孔岩体变形测试装置进程结构示意图；

图2为一种钻孔岩体变形测试装置回程结构示意图；

图3为一种钻孔岩体变形测试装置结构示意图；

图4为一种双向活塞A-A剖面结构示意图

图5为一种单向活塞B-B剖面结构示意图

图6为一种钻孔岩体变形测试装置测力传感器电路示意图。

具体实施方式

根据图1、图2、图3可知：液压油泵2分别与液压油箱1、高压油管3连接，通过手柄53拉压液压油泵2提供液压；高压油管3与三通4连接；三通4分别与高压油管3、精密压力表5、进程高压油管6连接，精密压力表监控所施加的液压；进程高压油管6与钻孔岩体变形测试仪8中的进程活塞油路接口17连接，钻孔岩体变形测试仪8通过安装杆19(控制钻孔变形测试仪的测量深度)放入钻孔54预定深度，安装杆19固定在提升设备(图上省略)上，在液压的作用下钻孔岩体变形测试仪8开始工作；高压回程油管7分别与液压油箱1、钻孔岩体变形测试仪8中的回程活塞油路接口18连接，进程活塞工作时，回程活塞中的液压油通过高压油管7回到液压油箱1；当测试工作完成后，钻孔岩体变形测试仪8要恢复原状时，将高压回程油管7从油箱接口1卸下后与三通4连接；将高压进程油管6从三通4卸下后与液压油箱1连接；回程活塞工作时，进程活塞中的液压油通过高压进程油管回到液压油箱1，钻孔岩体变形测试仪8逐渐复原状；测量电缆9分别与钻孔岩体变形测试仪8中的测量电缆插接口20、数字读数仪10连接，测量电缆插接口20的测量线埋设在线槽35中，并预位移传感器放大器21和测力传感器放大器32连接，数字读数仪通过测量电缆向钻孔岩体变形测试仪8中的位移传感器、测力传感器提供直流电源；位移传感器、测力传感器的输出信号通过测量电缆传到数字读数仪10，通过数字读数仪的切换开关分别读出位移传感器、测力传感器输出信号的量值。

根据图3可知，钻孔岩体变形测试仪8由以下几大部分组成：钻孔岩体变形测试仪钢体12、双向活塞13a、13b、单向活塞15a、15b、刚性加强承压板28、可撤卸主动刚性承压板11、可撤卸被动刚性承压板27、测力传感器14a、14b、位移传感器16a、16b、16c及位移传感器铁芯24a、24b、24c、位移传感器放大器21a、21b、测力传感器放大器32、防渣保护筒33、放大器防护罩、连接螺杆26、O形密封圈(材料为橡胶)25a、25b、25c、25d、38a、38b、38c、38d、39a、39b、39c、39d、40a、40b、40c、40d。

结合图3、图4、图5其连接和结构关系如下：O形密封圈39a、39b、39c、39d放进双向活塞13a、13b密封圈槽中密封，带有O形圈的双向活塞13a、13b放进油缸31a、31d中，O形密封圈39a、39b、39c、39d将油缸31a、31d分成两部分，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)，回程活塞底盖29a、29b(同一元件)、29c、29d(同一元件)用丝扣与钻孔岩体变形测试仪钢体12连接(放进O形密封圈39a、39b、39c、39d后的双向活塞13a、13b分别放进双向工作油缸31a、31d、O形密封圈39a、39b、39c、39d对双向活塞的进程和回程工作油缸进行密封，O形密封圈25a、25b、25c、25d、O形密封圈38a、38b、38c、38d放进回程活塞底盖29a、29b、29c、29d O形密封圈槽中密封，放进O形密封圈后的回程活塞底盖29a、29b、29c、29d套进双向活塞13a、13b、回程活塞底盖29a、29b、29c、29d的丝扣旋进钻孔岩体变形测试仪钢体12中，O形密封圈25a、25b、25c、25d对双向活塞13a、13b、回程活塞底盖29a、29b、29c、29d进行密封，O形密封圈38a、38b、38c、38d对钻孔岩体变形测试仪钢体12、回程活塞底盖29a、29b、29c、29d进行密封；回程活塞油腔30a、30b、30c、30d分别与回程油路孔36、回程油路接口18、高压回程油管7、油箱1相通，工作油缸31a、31b、31c、31d分别与进程油路孔37、进程油路接口17、高压进程油管6、三通4、高压油管3、液压油泵2、油箱1相通。单向活塞15a、15b放进工作油缸31b、31c，测力传感器放进单向活塞15a、15b，测力传感器由应变计22a、22b、22c、22d包括应变片电阻R₆、R₇、R₈、R₉(由图6可知)和弹性体14a、14b组成，应变计22a、22b、22c、22d粘贴在弹性体14a、14b上、应变计22a、22b、22c、22d粘贴好后接出引线、并用环氧树脂对其进行密封，弹性体14a、14b粘贴好应变计22a、22b、22c、22d后放进单向活塞15a、15b中，并对准定位槽，对弹性体14a、14b与单向活塞15a、15b中的缝隙用胶进行再次密封。密封胶固化后，单向活塞15a、15b中带有测力传感器。对带有测力传感器单向活塞15a、15b进行室内标定，检验压力传感器是否合格，并标定出测力传感器加压和卸压时的线性度和灵敏系数。O形密封圈40a、40b、40c、40d放进带有测力传感器单向活塞15a、15b密封圈槽中，并将标定好后的带有测力传感器单向活塞15a、15b装进工作油缸31b、31c中，O形密封圈40a、40b、40c、40d对钻孔岩体变形测试仪钢体12、单向活塞15a、15b进行密封；布线槽35分别与测量电缆插接口20、位移传感器放大器21a、21b、测力传感器放大器32相通；测力传感器的引线经过钻孔岩体变形测试仪钢体12的布线槽35，与测力传感器的放大器32连接，将测力传感器的测量信号进行放大处理，经过测量电缆9传至数字读数仪10；位移传感器16a、16b、16c的螺扣旋进钻孔岩体变形测试仪钢体12中，位移传感器16a、16b、16c的信号线经过钻孔岩体变形测试仪钢体的布线槽35，与传感器放大器21a、21b相连接，位移信号经过放大处理，经过测量电缆9传至数字读数仪10，位移传感器铁芯24a、24b、24c用螺栓与刚度加强承压板28相连接，位移传感器铁芯24a、24b、24c固定到刚度加强承压板28上后，并插进位移传感器16a、16b、16c中，刚度加强承压板28在工作时，带动位移传感器铁芯24a、24b、24c移动，铁芯24a、24b、24c在位移传感器中移动后，位移传感器16a、16)、16c中的电压产生变化，位移传感器16a、16b、16c中的电压产生变化与铁芯24a、24b、24c的位移在一定范围内成线性关系；双向活塞13a、13b、单向活塞15a、15b的上端面均为球面，在刚度加强承压板28用紧固螺栓26与双向活塞13a、13b连接之前，在双向活塞13a、13b、单向活塞15a、15b的上端面放进平衡球面23a、23b、23c、23d(平衡球面可以保持刚度加强承压板28与双向活塞13a、13b，单向活塞15a、15b接触面不变，减小活塞与活塞油缸壁的摩擦阻力)，放好平衡球面23a、23b、23c、23d后，将刚度加强承压板28用紧固螺栓26与双向活塞13a、13b连接；可撤卸主动刚性承压板11用螺栓26与刚度加强承压板28连接；可撤卸被动刚性承压板27用螺栓26与钻孔岩体变形测试仪钢体12连接；为适应不同强度的岩体，可撤卸主动刚性承压板11，可撤卸被动刚性承压板27有两种接触角度(硬岩用30°板、较软岩用45°板)；为适应不同尺寸的钻孔，可撤卸主动刚性承压板11，可撤卸被动刚性承压板27做成不同厚度承压板(接触角度均为30°板或45°板)；高压进程油管6与进程活塞油路接口17连接，进程活塞油路接口17与进程油路孔37相通，进程油路孔37与工作油缸31a、31b、31c、31d底部相通；高压进程油管7与回程活塞油路接口18连接，回程活塞油路接口18与油路孔36相通，油路孔36与回程活塞油腔30a、30b、30c、30d上部相通；测量电缆9与测量电缆插接口20连接，测量电缆9中电源线和测量信号线经过钻孔岩体变形测试仪钢体的布线槽35与测力传感器放大器32、位移传感器放大器21a、21b连接；防钻孔壁掉块保护筒33用丝扣与钻孔岩体变形测试仪钢体12连接；放大器保护罩34用丝扣与钻孔岩体变形测试仪钢体12连接。

根据图1、图2、图3、图4、图5可知，液压油泵2中的高压液体经过高压油管3、三通4、高压进程油管6、进程活塞油路接口17、油路孔37进入工作油缸31a、31b、31c、31d，高压液体将O形密封圈39a、39b、39c、39d、40a、40b、40c、40d压缩产生变形，对双向活塞13a、13b、单向活塞15a、15b及活塞油缸进行密封、防止高压液体外泻，高压液体推动双向活塞13a、13b、单向活塞15a、15b向外伸出(弹性体14a、14b在单向活塞15a、15b及刚度加强承压板28在力的作用下产生压缩变形，应变计22a、22b、22c、22d就可以测量出弹性体14a、14b变形量的大小即活塞出力的大小)，带动刚度加强承压板28及可撤卸主动刚性承压板11伸出钻孔岩体变形测试仪钢体12(刚度加强承压板28伸出时将带动传感器磁针移动，磁针移动就可以测量刚度加强承压板28伸出位移的大小)，将可撤卸主动刚性承压板11、可撤卸被动刚性承压板27推向钻孔壁，使可撤卸主动刚性承压板11、可撤卸被动刚性承压板27与钻孔壁紧密耦合，位移传感器16a、16b、16c分别装在双向活塞13a与单向活塞15a、单向活塞15a与单向活塞15b、单向活塞15b与双向活塞13b之间，用丝扣固定在钻孔岩体变形测试仪钢体12上；位移传感器铁芯24a、24b、24c用螺栓固定在刚度加强承压板28上，位移传感器16a、16b、16c信号线与位移传感器放大器21a、21b连接，位移传感器放大器21a、21b的电源线、信号输出线与测电电缆9连接，测电电缆9与数字读数仪10连接。在工作压力的作用下，位移传感器16a、16b、16c测量钻孔壁岩体产生变形，测量传感器14a、14b测量作用在钻孔壁岩体上的工作压力，得到了岩体的变形与工作压力之间的关系，就可以计算岩体模量值；双向活塞13a、13b、单向活塞15a、15b在向外伸出时，回程活塞油腔30a、30b、30c、30d中的液体将O形密封圈25a、25b、25c、25d、O形密封圈38a、38b、38c、38d压缩产生变形，分别对双向活塞13a、13b与回程活塞底盖29a、29b、29c、29d、回程活塞底盖29a、29b、29c、29d与钻孔岩体变形测试仪钢体8进行密封、防止高压液体外泻，回程活塞油腔30a、30b、30c、30d中的液体经过回程油路孔36、回程活塞油路接口18、高压回程油管7、回到油箱1；若将刚度加强承压板28及可撤卸主动刚性承压板11收回复原，其过程是：液压油泵2中的高压液体经过高压油管3、三通4、高压回程油管7、进程活塞油路接口18、油路孔36进入回程活塞油腔30a、30b、30c、30d，高压液体推动双向活塞13a、13b向内缩回，带动刚度加强承压板28及可撤卸主动刚性承压板11缩回到钻孔岩体变形测试仪钢体12内，同时刚度加强承压板28将单向活塞15a、15b压回到油缸31内；此过程中O形密封圈25a、25b、25c、25d、38a、38b、38c、38d、39a、39b、39c、39d、40a、40b、40c、40d的作用与进程的作用相同；双向活塞13a、13b在收回过程中，进程活塞油缸31a、31b、31c、31d中的液体经过回程油路孔37、回程活塞油路接口17、高压回程油管6、回到油箱1。

根据图6可知，数字读数仪10的电源正极分别与测量传感器组成的应变计22a、22b、22c、22d的引线41、50、运算放大器49电源正极、平衡调节器52的第一电阻R₁连接；数字读数仪10的电源负极分别与测力传感器应变计22a、22b、22c、22d的引线42、51、运算放大器49电源负极、平衡调节器52的第五电阻R₅电阻连接；电源接地44与测力传感器的平衡调节器52接地引线45连接。应变计22a、22b、22c、22d的引线46与运算放大器49信号正极连接，应变计22a、22b、22c、22d的引线47分别与运算放大器49信号负极连接，平衡调节器52中的可变电阻R₂旋钮48引线连接。测力传感器应变计22a、22b、22c、22d由电阻R₆、电阻R₇、电阻R₈、电阻R₉4个电阻应变片组成带有温度补偿功能的全桥电路；电阻R₆分别与电阻R₇、电阻R₉、引线50、引线47连接，电阻R₇分别与电阻R₆、电阻R₈、引线47、引线51连接，电阻R₈分别与电阻R₉、电阻R₇、引线46、引线51连接，电阻R₉分别与电阻R₆、电阻R₈、引线50、引线46连接；平衡调节器52由电阻R₁、电阻R₂、电阻R₃、电阻R₄、电阻R₅5个电阻组成；电阻R₁分别与电阻R₂、电阻R₃、电源正极、引线41，电阻R₂分别与电阻R₁、电阻R₃、电阻R₄、电阻R₅、旋钮48引线连接，电阻R₃分别与电阻R₁、电阻R₂、电阻R₄、接地引线45连接，电阻R₄分别与电阻R₂、电阻R₅、接地引线45连接，电阻R₅分别与电阻R₂、电阻R₄、电源负极引线42连接；由于测力传感器应变计进行温度补偿，输出有初始不平衡，调节R₂电位器上的旋钮48，就可以调节输出初始不平衡。

Claims

1.一种深钻孔岩体变形测试装置，包括液压油泵(2)、精密压力表(5)、高压进程油管(6)、高压回程油管(7)、多芯测量电缆(9)、钻孔岩体变形测试仪(8)、第一位移传感器(16a)、第二位移传感器(16b)、第三位移传感器(16c)、第一测力传感器(14a)、第二测力传感器(14b)、运算放大器(49)、数字读数仪(10)，其特征在于：液压油泵(2)分别与液压油箱(1)、高压油管(3)连接，三通(4)分别与高压油管(3)、精密压力表(5)、高压进程油管(6)连接，高压进程油管(6)与钻孔岩体变形测试仪8中的进程活塞油路接口(17)连接，进程活塞油路接口(17)与进程油路孔(37)相通，进程油路孔(37)与活塞油缸(31a)、(31b)、(31c)、(31d)底部相通；高压回程油管(7)分别与液压泵油箱(1)、回程活塞油路接口(18)连接，回程活塞油路接口(18)与回程油路孔(36)相通，回程油路孔(36)与回程活塞油腔(30a、30b)、(30c、30d)相通；刚性加强承压板(28)用螺栓(26)与第一双向活塞(13a)、第二双向活塞(13b)连接，刚性加强承压板(28)与第一双向活塞(13a)、第二双向活塞(13b)与之间是第一平衡球面(23a)、第二平衡球面(23d)；第一单向活塞(15a)、第二单向活塞(15b)中分别放置油测力传感器的第一弹性体(14a)、第二弹性体(14b)与刚性加强承压板(28)之间是第三平衡球面(23b)、第四平衡球面(23c)；主动刚性承压板(11)与刚性加强承压板(28)用螺栓(26)连接；被动刚性承压板(27)与钢体(12)用螺栓26连接；第一位移传感器(16a)、第二位移传感器(16b)、第三位移传感器(16c)用丝扣与钢体(12)连接；位移传感器的第一铁芯(24a)、第二铁芯(24b)、第三铁芯(24c)用螺栓与刚性加强承压板(28)连接。

2.根据权利要求1所述的一种深钻孔岩体变形测试装置，其特征在于：钻孔岩体测试仪(8)包括钢体(12)、第一双向活塞(13a)、第二双向活塞(13b)、第一单向活塞(15a)、第二单向活塞(15b)、刚性加强承压板(28)、主动刚性承压板(11)、被动刚性承压板(27)、第一平衡球面(23a)、第二平衡球面(23d)、第三平衡球面(23b)、第四平衡球面(23c)、第一测力传感器(14a)、第二测力传感器(14b)、第一位移传感器(16a)、第二位移传感器(16b)、第三位移传感器(16c)，第三O型密封圈(39a、39b、39c、39d)放进第一双向活塞(13a)、第二双向活塞(13b)密封圈槽中密封，带有第三O型密封圈的第一双向活塞(13a)、第二双向活塞(13b)分别放进油缸(31a)、(31b)中，第三O型密封圈(39a、39b)、(39c、39d)将油缸分(31a)、(31b)成两部分即工作油缸(31a)、(31d)和回程活塞油腔(30a、30b)、(30c、30d)；回程活塞底盖(29a、29b)、(29c、29d)用丝扣与钢体(12)连接，第一O型密封圈(25a、25b)、(25c、25d)对第一双向活塞(13a)、第二双向活塞(13b)、回程活塞底盖(29a、29b)、(29c、29d)进行密封，第二O型密封圈(38a、38b)、(38c、38d)对钻孔岩体变形测试仪钢体(12)、回程活塞底盖(29a、29b)、(29c、29d)进行密封；回程活塞油腔(30a、30b)、(30c、30d)分别与回程油路孔(36)、回程油路接口(18)、高压回程油管(7)、油箱(1)相通；工作油缸(31a)、(31b)、(31c)、(31d)分别与进程油路孔(37)、进程油路接口(17)、高压进程油管(6)、三通(4)、高压油管(3)、液压油泵(2)、液压泵油箱(1)相通。

3.根据权利要求1所述的一种深钻孔岩体变形测试装置，其特征在于：第一测力传感器由应变计(22a、22b)包括应变片(R7、R9)和第一弹性体(14a)组成、第二测力传感器由应变计(22c、22d)包括应变片(R7、R9)和第二弹性体(14b)组成，应变计-1(22a、22b)粘贴在第一弹性体(14a)、第二应变计(22c、22d)粘贴在第二弹性体(14b)上、第一应变计(22a、22b)、第二应变计(22c、22d)粘贴后接出引线、用环氧树脂对其进行密封，第一弹性体(14a)粘贴第一应变计(22a、22b)、第二弹性体(14b)粘贴第二应变计(22c、22d)后分别放进第一单向活塞(15a)、第二单向活塞(15b)中，第一对弹性体(14a)、第二弹性体(14b)与第一单向活塞(15a)、第二单向活塞(15b)中的缝隙用硅胶进行密封；第一测力传感器的引线经过钢体(12)的布线槽(35)与第一测力传感器的放大器(32a)连接。第二测力传感器的引线经过钢体(12)的布线槽(35)与第二测力传感器的放大器(32b)连接。

4.根据权利要求1所述的一种深钻孔岩体变形测试装置，其特征在于可撤卸主动刚性承压板(11)、可撤卸被动刚性承压板(27)的接触角度为多角度，最常用的刚性承压板接触角度为30°或45°。

5.根据权利要求1所述的一种深钻孔岩体变形测试装置，其特征在于：第一位移传感器(16a)、第二位移传感器(16b)、第三位移传感器(16c)分别装在第一双向活塞(13a)与第一单向活塞(15a)、第一单向活塞(15a)与第二单向活塞(15b)、第二单向活塞(15b)与第二双向活塞(13b)之间，用丝扣固定在钢体(12)上；位移传感器第一铁芯(24a)、第二铁芯(24b)、第三铁芯(24c)用螺栓固定在刚性加强承压板(28)上；第一位移传感器(16a)、第二位移传感器(16b)、第三位移传感器(16c)的信号线经过钢体(12)的布线槽(35)分别与第一位移传感器放大器(21a)、第二位移传感器放大器(21b)、第三位移传感器放大器(21c)连接，第一位移传感器放大器(21a)、第二位移传感器放大器(21b)、第三位移传感器放大器(21c)的电源线、信号输出线与测量电缆(9)连接，测量电缆(9)与数字读数仪(10)连接。

6.根据权利要求3或5所述的一种深钻孔岩体变形测试装置，其特征在于：数字读数仪(10)的电源正极(41)分别与第一应变计(22a、22b)的红色引线(41、50)与第一测力传感器放大器(32a)中的运算放大器(49)电源正极、平衡调节器(52)的第一电阻R₁连接，数字读数仪(10)的电源负极分别与第一应变计(22a、22b)的黑色引线(42、51)与第一测力传感器放大器(32a)中运算放大器(49)电源负极、平衡调节器(52)的第五电阻R₅连接，电源接地(44)与平衡调节器(52)引线(45)连接，第一应变计(22a、22b)的白色引线(46)与第一测力传感器放大器(32a)中运算放大器(49)信号正极连接，第一应变计(22a、22b)、的黄色引线(47)与第一测力传感器放大器(32a)中运算放大器(49)信号负极连接，平衡调节器(52)中的第二可变调节电阻R₂可变调节端(48)连接，平衡调节器(52)由第一电阻R₁、第二可变调节电阻R₂、第三电阻R₃、第四电阻R₄、第五电阻R₅组成；数字读数仪(10)的电源正极(41)与第二应变计(22c、22d)的红色引线(41、50)与第二测力传感器放大器(32b)中的运算放大器(49)电源正极、平衡调节器(52)的第一电阻R₁连接，数字读数仪(10)的电源负极与第二应变计(22c、22d)的黑色引线(42、51)与第二测力传感器放大器(32b)中运算放大器(49)电源负极、平衡调节器(52)的第五电阻R₅连接，电源接地(44)与平衡调节器(52)引线(45)连接，第二应变计(22c、22d)的白色引线(46)与第二测力传感器放大器(32b)中运算放大器(49)信号正极连接，第二应变计(22c、22d)的黄色引线(47)与第二测力传感器放大器(32b)中运算放大器(49)信号负极连接，平衡调节器(52)中的第二电阻R₂分别与第一电阻R₁、第三电阻R₃、第四电阻R₄、第五电阻R₅、旋钮(48)引线连接，平衡调节器(52)由第一电阻R₁、第二可变调节电阻R₂、第三电阻R₃、第四电阻R₄、第五电阻R₅组成。