CN106767381A - 软岩孔壁形变测量仪及软岩形变测量方法 - Google Patents

Abstract

一种软岩孔壁形变测量仪及软岩形变测量方法，属于岩土测量设备。该软岩孔壁形变测量仪包括驱动杆，驱动杆上套设有可沿其轴向移动的导向杆，导向杆的一端和中部分别设有固定装置和至少一个定位装置，驱动杆远离固定装置的一端设有测量装置，固定装置包括沿导向杆周向布置的至少两个可伸缩的伸缩杆；定位装置包括沿导向杆周向布置的至少两个弹簧片，每个弹簧片的一端与导向杆连接；测量装置包括一端与驱动杆铰接的测量杆和支撑杆，支撑杆的两端分别与导向杆和测量杆的中部铰接。该软岩孔壁形变测量仪结构简单，拆装、携带和使用方便，能够在软岩软化变形且孔壁局部塌孔的情况下准确测量其变形量。本发明还提供了一种软岩形变测量方法。

Description

软岩孔壁形变测量仪及软岩形变测量方法

技术领域

本发明涉及岩土测量设备领域，具体而言，涉及一种软岩孔壁形变测量仪及软岩形变测量方法。

背景技术

地下工程施工过程中经常会遇到软岩岩体，由于软岩具有强度低、变形大、遇水软化严重以及流变效应显著等特点，软岩环境下的地下工程施工容易遭遇时效大变形甚至塌方等工程问题，极易对地下工程的稳定性造成重大威胁，为了提高地下工程施工的安全性，避免产生安全隐患，必须准确掌握围岩工程的力学特征，这也是进行围岩稳定性分析、实现岩石工程开挖设计和决策科学化的基础，由此可见，开展软岩环境下地下工程围岩变形的准确监测对于确保地下工程的稳定性就具有了重要意义。

目前工程上较为可靠的方法是采用岩土测量设备对工程围岩开展现场监测，尤其是使用岩土变形检测设备对围岩进行变形监测，然后在此基础上对围岩工程力学特征进行反演分析。但是岩石变形测量设备大都不能很好的对软岩形变量进行准确的测量，这是由于软岩具有变形大、遇水软化严重的特点，软岩遇水软化后易在岩体表面形成一定厚度的膨胀松软层，该膨胀松软层的强度和变形模量都非常低，现有软岩形变测量设备在测量时很容易嵌入到该膨胀松软层，无法对软岩深孔孔壁的变形量进行准确测量。同时，由于地应力及支护措施等因素的影响，软岩中深孔孔壁并不一定都是沿孔径出现轴对称变形，而现有软岩形变测量设备仅仅是测量某一径向上孔壁的相对变形，也无法实现不同径向孔壁变形的独立测量，难以满足使用的需要。

因此，需要一种能够准确测量软岩深孔孔壁的多径向形变的测量设备及测量方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种软岩孔壁形变测量仪，其能够在软岩软化严重且钻孔出现局部塌孔的情况下准确测量钻孔孔壁的变形量。

本发明的另一目的在于提供一种软岩形变测量方法，其能够精确的检测软岩软化严重的钻孔孔壁的变形量。

本发明的实施例是这样实现的：

一种软岩孔壁形变测量仪，其包括驱动杆，驱动杆上套设有可沿其轴向移动的导向杆，导向杆的一端连接有固定装置，导向杆的中部还设有至少一个定位装置，驱动杆远离固定装置的一端设有测量装置，其中，固定装置包括沿导向杆周向布置的至少两个可伸缩的伸缩杆；测量装置包括测量杆和支撑杆，测量杆的一端与驱动杆铰接，测量杆的中部与支撑杆铰接，支撑杆远离测量杆的一端与导向杆铰接；定位装置包括沿导向杆周向布置的至少两个弹簧片，每个弹簧片的一端与导向杆连接。

在本发明较佳的实施例中，弹簧片的形状为弧形，每个弹簧片凹陷的一侧朝向导向杆。

在本发明较佳的实施例中，固定装置还包括沿导向杆周向布置的至少两个固定杆。

在本发明较佳的实施例中，固定装置还包括第一套筒，第一套筒套设于导向杆上并可沿导向杆的轴向移动，每个伸缩杆和固定杆均与第一套筒连接。

在本发明较佳的实施例中，定位装置还包括第二套筒，第二套筒套设于导向杆上并可沿导向杆的轴向移动，每个弹簧片的一端均与第二套筒连接。

在本发明较佳的实施例中，伸缩杆包括杆体和可沿杆体轴向移动的螺帽。

在本发明较佳的实施例中，驱动杆由多根短杆可拆卸连接组成，导向杆由多根中空杆可拆卸连接组成。

在本发明较佳的实施例中，驱动杆和导向杆的表面均刻有标尺。

在本发明较佳的实施例中，弹簧片的数量为三个或四个。

本发明还提供了一种软岩形变测量方法，其是使用上述软岩孔壁形变测量仪进行的，该方法包括以下步骤：

调节软岩孔壁形变测量仪中导向杆与驱动杆的相对位置，使测量杆平行于驱动杆；

将软岩孔壁形变测量仪设有测量装置的一端插入软岩上开设的钻孔中，使用固定装置将导向杆固定于钻孔内，并使弹簧片与钻孔的内壁相互抵压，使导向杆与钻孔同轴布置；

调节驱动杆与导向杆的相对位置，使测量杆向远离驱动杆方向转动至接触钻孔的内壁，通过驱动杆与导向杆之间的相对位移变化计算得到孔壁的变形量。

本发明实施例的有益效果是：本发明提供的软岩孔壁形变测量仪包括驱动杆和套设于驱动杆上的导向杆，导向杆上设有固定装置和定位装置，驱动杆上设有测量装置，固定装置包括沿导向杆周向布置的至少两个可伸缩的固定杆；定位装置包括沿导向杆周向布置的至少两个第一弹簧片，测量装置包括测量杆和支撑杆，测量杆的一端与驱动杆铰接，支撑杆的两端分别与测量杆的中部和导向杆铰接。该软岩孔壁形变测量仪结构简单，使用方便，能够在软岩软化严重变形并出现塌孔的情况下准确测量其变形量。本发明还提供了一种软岩形变测量方法，该方法能够准确的测量软岩软化严重的孔壁的变形量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1提供的软岩孔壁形变测量仪在第一工作状态时的结构示意图；

图2为图1中A-A处的剖视图；

图3为图1中B-B处的剖视图；

图4为图1中G处的局部放大图；

图5本发明实施例1提供的软岩孔壁形变测量仪在第二工作状态时的结构示意图；

图6为本发明实施例2提供的软岩孔壁形变测量仪的结构示意图；

图7图6中C-C处的剖视图；

图8图6中D-D处的剖视图。

图中：001-软岩孔壁形变测量仪；002-软岩孔壁形变测量仪；100-驱动杆；101-短杆；110-导向杆；111-中空杆；200-固定装置；210-伸缩杆；211-杆体；212-螺帽；220-固定杆；230-第一套筒；300-测量装置；310-测量杆；320-支撑杆；400-定位装置；410-弹簧片；420-第二套筒；500-减速电机。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

请参照图1、图4和图5所示，本实施例提供一种软岩孔壁形变测量仪001，其包括驱动杆100，驱动杆100上套设有可沿其轴向移动的导向杆110，导向杆110的一端连接有固定装置200，导向杆110的中部还设有至少一个定位装置400，驱动杆100远离固定装置200的一端设有测量装置300。固定装置200包括沿导向杆110周向布置的至少两个可伸缩的伸缩杆210；测量装置300包括测量杆310和支撑杆320，测量杆310的一端与驱动杆100铰接，测量杆310的中部与支撑杆320铰接，支撑杆320远离测量杆310的一端与导向杆110铰接。定位装置400包括沿导向杆110周向布置的至少两个弹簧片410，每个弹簧片410的一端与导向杆110连接。具体的，本实施例中，驱动杆100的外壁设有外螺纹，中空的导向杆110的内壁设有对应的内螺纹；固定装置200包括沿导向杆110周向布置的两个可伸缩的伸缩杆210，两个伸缩杆210的一端均与导向杆110连接，定位装置400包括沿导向杆110周向布置的四个弹簧片410，且四个弹簧片410呈十字形布置。

本实施例提供的软岩孔壁形变测量仪001能够在软岩孔壁严重软化变形并出现局部塌孔的情况下准确测量其变形量。该软岩孔壁形变测量仪001设有测量装置300的一端插入到待测的软岩钻孔中时，软岩孔壁形变测量仪001处于第一工作状态，此时测量杆310与驱动杆100平行，随后使用者调节两个可伸缩的伸缩杆210的长度，将导向杆110的一端固定，同时使设置在导向杆110中部的定位装置400中的四个呈十字形布置的弹簧片410抵压钻孔内壁，将驱动杆100和导向杆110弹性固定，并保持驱动杆100和导向杆110与钻孔同轴布置；接着使用者驱动驱动杆100相对导向杆110产生相对移动，驱动杆100和支撑杆320共同作用驱动测量杆310向远离驱动杆100方向转动，直至测量杆310接触钻孔孔壁，此时软岩孔壁形变测量仪001处于第二工作状态，软岩孔壁形变测量仪001从第一工作状态转化至第二工作状态的过程中，驱动杆100相对导向杆110产生的位移量转化为测量杆310相对驱动杆100转动的角度，使用者通过查看驱动杆100相对导向杆110产生的位移量，即可计算得到测量杆310从平行于驱动杆100到接触钻孔孔壁过程中产生的位移，从而计算得到孔壁的形变量。

本实施例中的弹簧片410的形状不限，只要能保证软岩孔壁形变测量仪001插入到软岩上开设的深孔中时，弹簧片410与钻孔孔壁相互抵压即可。进一步的，弹簧片410的形状优选为弧形，每个弹簧片410凹陷的一侧朝向导向杆110。当软岩孔壁形变测量仪001插入待测的软岩钻孔中时，每个弹簧片410凸起的一侧抵压钻孔孔壁，四个弹簧片410共同配合将驱动杆100和导向杆110的中部弹性定位，并帮助驱动杆100和导向杆110与钻孔同轴线布置，由于弹簧片410凸起的表面具有较大的表面积，不会嵌入到软岩内壁形成的膨胀松软层内，能够保证驱动杆100和导向杆110的中部与钻孔中轴线稳定重合，从而保证测量装置300对钻孔内壁不同径向形变进行检测时具有较高的测量精度。

如图2所示，固定装置200还包括沿导向杆110周向布置的至少两个固定杆220。具体的，本实施例中固定装置200包括两个固定杆220。两个固定杆220和两个伸缩杆210呈十字形布置。通过设置两个伸缩杆210和两个固定杆220配合，能够将驱动杆100和导向杆110稳定的固定在钻孔内，并保持驱动杆100和导向杆110与钻孔相对固定时的稳定性。

固定装置200还包括第一套筒230，第一套筒230套设于导向杆110上并可沿导向杆110的轴向移动，每个伸缩杆210均与第一套筒230连接。在导向杆110上套设有可沿其轴向移动的第一套筒230，每个伸缩杆210和固定杆220均与第一套筒230连接，能够方便使用者调节伸缩杆210的方位，从而保证将导向杆110固定时，使导向杆110和驱动杆100与钻孔同轴布置，保证测量装置300的测量精度。

伸缩杆210包括杆体211和可沿杆体211轴向移动的螺帽212。具体的，杆体211的表面设有外螺纹，杆体211远离导向杆110的一端套设有螺帽212，螺帽212的内壁设有对应的内螺纹。通过旋转螺帽212，能够调节螺帽212与杆体211的相对位置，从而调节伸缩杆210的长度，使用者可以通过调节各个伸缩杆210的长度将导向杆110固定在钻孔内，并保证导向杆110与钻孔同轴布置，从而提高测量装置300对钻孔孔壁变形量的测量精度。

驱动杆100由多根短杆101可拆卸连接组成，导向杆110由多根中空杆111可拆卸连接组成。具体的，本实施例中，驱动杆100由四根短杆101通过螺纹依次连接组成，导向杆110由四根中空杆111通过螺纹依次连接组成。使用多节可拆卸的短杆101组成驱动杆100，通过多节可拆卸的中空杆111组成导向杆110，可以适应不同深度的钻孔孔壁的变形测量作业，同时将驱动杆100和导向杆110拆卸成多根短杆101和中空杆111也能方便运输和在狭小空间内作业。

驱动杆100和导向杆110的表面均刻有标尺。在驱动杆100和导向杆110表面设置的标尺能够方便使用者查看驱动杆100和导向杆110之间产生的相对位移，同时使用者也可以直观的查看驱动杆100和导向杆110插入钻孔内的部分的长度，方便使用者对钻孔内壁不同深度处的变形量进行测量和计算。

如图3所示，定位装置400还包括第二套筒420，第二套筒420套设于导向杆110上并可沿导向杆110的轴向移动，每个弹簧片410的一端均与第二套筒420连接。定位装置400包括可沿导向杆110轴向移动的第二套筒420和与第二套筒420连接的四个弹簧片410，能够方便使用者调节定位装置400的位置，从而适应不同深度软岩钻孔的内壁，使定位装置400能够更好的对导向杆110的中部进行弹性定位，保证测量装置300的检测精度。

本实施例还提供了一种软岩形变测量方法，其是使用上述软岩孔壁形变测量仪001进行的，该方法包括以下步骤：

S1、在待测量的软岩上钻孔，根据钻孔的深度将短杆101依次连接得到驱动杆100，将中空杆111依次连接得到导向杆110，将导向杆110套设于驱动杆100上，在导向杆110的一端安装固定装置200，将定位装置400中第二套筒420套设于导向杆110的中部，将测量装置300装配到驱动杆100与固定装置200相对的一端；

S2、调节导向杆110与驱动杆100的相对位置，使测量杆310平行于驱动杆100布置；

S3、将驱动杆100设有测量装置300的一端插入软岩上开设的钻孔中，将固定装置200套设于导向杆110上并沿导向杆110移动第一套筒230，随后调节两个伸缩杆210的长度将导向杆110固定于钻孔内，使弧形的弹簧片410凸起的一侧与钻孔的内壁抵压，并使驱动杆100和导向杆110与钻孔同轴布置；

S4、调节驱动杆100与导向杆110的相对位置，使测量杆310向远离驱动杆100方向转动至接触钻孔的内壁，通过驱动杆100与导向杆110之间的相对位移变化计算得到孔壁的变形量；

S5、旋转驱动杆100和导向杆110或调节驱动杆100和导向杆110插入钻孔中的深度，重复上述S2至S6的步骤，计算得到不同深度和径向的钻孔内壁的变形量。

本实施例提供的软岩形变测量方法首先将驱动杆100和导向杆110通过固定装置200和定位装置400固定在钻孔内，并使驱动杆100和导向杆110与钻孔同轴布置，随后使用可张开和收合的测量杆310检测钻孔孔壁的变形量，该方法能够保证在软岩深孔孔壁产生严重塌孔情况时仍有效的检测孔壁的变形量，提高对钻孔孔壁不同径向变形量的测量准确度，减小孔壁塌孔严重时检测的误差。

实施例2

请参照图6、图7和图8所示，本实施例提供一种软岩孔壁形变测量仪002，其包括驱动杆100及用于驱动驱动杆100旋转的减速电机500，驱动杆100上套设有可沿其轴向移动的导向杆110，驱动杆100与导向杆110通过螺纹连接，驱动杆100和导向杆110的表面均刻有标尺，驱动杆100由四根短杆101依次通过螺纹连接组成，导向杆110由四根中空杆111依次通过螺纹连接组成。导向杆110的一端连接有固定装置200，导向杆110的中部设有两个定位装置400，驱动杆100远离固定装置200的一端设有测量装置300。

如图7所示，固定装置200包括套设于导向杆110上并可沿导向杆110的轴向移动的第一套筒230，第一套筒230连接有沿导向杆110周向布置的三个可伸缩的伸缩杆210；伸缩杆210包括杆体211和可沿杆体211轴向移动的螺帽212。杆体211的表面设有外螺纹，杆体211远离导向杆110的一端套设有螺帽212，螺帽212的内壁设有对应的内螺纹。

测量装置300包括测量杆310和支撑杆320，测量杆310的一端与驱动杆100铰接，测量杆310的中部与支撑杆320铰接，支撑杆320远离测量杆310的一端与导向杆110铰接。

如图8所示，定位装置400包括套设于导向杆110上并可沿导向杆110的轴向移动的第二套筒420，第二套筒420连接有沿导向杆110周向布置的三个弹簧片410，弹簧片410的形状为弧形，每个弹簧片410凹陷的一侧均朝向导向杆110。

本实施例提供的软岩孔壁形变测量仪002在导向杆110上套设有两个定位装置400，两个定位装置400均包括可沿导向杆110轴向移动的第二套筒420，及沿第二套筒420周向布置的三个弹簧片410，两个定位装置400中的弹簧片410和固定装置200中的伸缩杆210配合，能够保证导向杆110稳定的固定于软岩上开设的钻孔内，并保证驱动杆100和导向杆110在伸入到较深的钻孔中时也能与钻孔同轴布置，从而提高了该软岩孔壁形变测量仪002对于不同深度和径向的孔壁变形量测定的准确性，减小了测量误差；同时通过减速电机500驱动驱动杆100相对导向杆110旋转，从而驱动测量杆310向靠近和远离驱动杆100移动，降低了工作人员的操作难度，提高了检测效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种软岩孔壁形变测量仪，其特征在于，其包括驱动杆，所述驱动杆上套设有可沿其轴向移动的导向杆，所述导向杆的一端连接有固定装置，所述导向杆的中部还设有至少一个定位装置，所述驱动杆远离所述固定装置的一端设有测量装置，其中，所述固定装置包括沿所述导向杆周向布置的至少两个可伸缩的伸缩杆；所述测量装置包括测量杆和支撑杆，所述测量杆的一端与所述驱动杆铰接，所述测量杆的中部与所述支撑杆铰接，所述支撑杆远离所述测量杆的一端与所述导向杆铰接；所述定位装置包括沿所述导向杆周向布置的至少两个弹簧片，每个所述弹簧片的一端与所述导向杆连接。

2.根据权利要求1所述的软岩孔壁形变测量仪，其特征在于，所述弹簧片的形状为弧形，每个所述弹簧片凹陷的一侧朝向所述导向杆。

3.根据权利要求1所述的软岩孔壁形变测量仪，其特征在于，所述固定装置还包括沿所述导向杆周向布置的至少两个固定杆。

4.根据权利要求3所述的软岩孔壁形变测量仪，其特征在于，所述固定装置还包括第一套筒，所述第一套筒套设于所述导向杆上并可沿所述导向杆的轴向移动，每个所述伸缩杆和所述固定杆均与所述第一套筒连接。

5.根据权利要求1所述的软岩孔壁形变测量仪，其特征在于，所述定位装置还包括第二套筒，所述第二套筒套设于所述导向杆上并可沿所述导向杆的轴向移动，每个所述弹簧片的所述一端均与所述第二套筒连接。

6.根据权利要求1所述的软岩孔壁形变测量仪，其特征在于，所述伸缩杆包括杆体和可沿所述杆体轴向移动的螺帽。

7.根据权利要求1所述的软岩孔壁形变测量仪，其特征在于，所述驱动杆由多根短杆可拆卸连接组成，所述导向杆由多根中空杆可拆卸连接组成。

8.根据权利要求1所述的软岩孔壁形变测量仪，其特征在于，所述驱动杆和所述导向杆的表面均刻有标尺。

9.根据权利要求1所述的软岩孔壁形变测量仪，其特征在于，所述弹簧片的数量为三个或四个。

10.一种软岩形变测量方法，其特征在于，其是使用如权利要求1所述的软岩孔壁形变测量仪进行的，该方法包括以下步骤：

调节软岩孔壁形变测量仪中导向杆与驱动杆的相对位置，使测量杆平行于所述驱动杆；

将所述软岩孔壁形变测量仪设有测量装置的一端插入软岩上开设的钻孔中，使用固定装置将所述导向杆固定于所述钻孔内，并使弹簧片与所述钻孔的内壁相互抵压，使所述导向杆与所述钻孔同轴布置；

调节所述驱动杆与所述导向杆的相对位置，使所述测量杆向远离所述驱动杆方向转动至接触所述钻孔的内壁，通过所述驱动杆与所述导向杆之间的相对位移变化计算得到孔壁的变形量。