CN109141960A - 一种获取岩石参数的原位试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种获取岩石参数的原位试验方法，涉及岩石检测领域。该获取岩石参数的原位试验方法，包括以下步骤：取岩：利用小型钻机钻取两种直径规格不同的目标岩芯；切削：利用切削工具加工岩芯，将岩芯放入钢制套筒并利用橡皮套圈固定套筒，接着利用角磨机将岩芯加工成不同规格的试验岩石试样；检测：将野外获取岩石的试样放入到试验仪器内，对岩芯试件进行单轴压缩试验和三轴压缩试验，本试验仪具简单便携，本实验装置对试验试件既能进行轴向加压，又能实现围压加压的功能；主要实现在工程原位测定岩芯的单轴抗压强度以及具有结构面的岩芯的三轴抗压强度两大功能，且在APP软件的的配合下使得岩石参数的原位试验更加的便捷和实用。
Description
技术领域
本发明涉及岩石检测技术领域，具体为一种获取岩石参数的原位试验方 法。
背景技术
国家基础设施建设至少一半是岩体工程。岩体工程的地质安全保障成为基 础设施建设的重中之重。公路工程沿线隧道工程众多，也面临隧道围岩的判别 及设计合理的支护问题。如何获取岩体相关参数是岩体工程建设中的一项基本 工作，同时是现实岩体工程中急需面对的一个重要问题。
在现代的岩体工程中诸多的初步设计，由于缺乏现场或实验室测定的原 始资料，例如原岩的应力、岩石的力学参数和弹性模量等。岩石力学参数室 内试验技术在经由许多学者和工程师的钻研努力下取得了丰富的成果。但是 对于每个具体工程而言，岩体的原位参数能够更好的反应这个工程岩体的力 学性质。由于野外现场条件的恶劣，岩石力学试验的仪器普遍笨重，因此对 于获取现场原位岩体参数困难重重。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种获取岩石参数的原位试验方法， 解决了上述背景技术中提出的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种获取岩石参 数的原位试验方法，包括以下步骤：
(1)取岩：利用小型钻机钻取直径20毫米和直径30毫米的两种规格的 目标岩芯；
(2)切削：利用切削工具加工岩芯，将岩芯放入钢制套筒并利用橡皮套 圈固定套筒，接着利用角磨机将岩芯加工成直径20毫米高度为40毫米，直 径30毫米高度60毫米的两种规格的试验岩石试样；
(3)检测：将野外获取岩石的试样放入到试验仪器内，对岩芯试件进行 单轴压缩试验和三轴压缩试验，在每次三轴压缩试验完成后，将压力仓室与 蓄能器断开进行围压卸荷，再将转动连接转化头上的螺纹将使其与上部千斤 顶的行程压头脱离，将传动轴下压后将压力仓室从下底板凹槽中取出，取出 破坏试件，重复上面的步骤进行下一组试验。
优选的，取芯钻杆为长度250毫米，外径35毫米，内径30毫米和长度 180毫米，外径25毫米，内径20毫米的两种取芯杆和配套钻头，并且钻头类 型的选择是根据需要钻取的岩石强度来确定的，软岩和硬岩分别对应复合片 钻头和金刚钻头。
优选的，钢制套管的外径是25毫米、内径是20毫米、高度是40毫米和 外径35毫米、内径30毫米、高度60毫米的规格。
优选的，将野外获取岩石试样利用透明热缩管固定在压力仓室的钢制圆 柱之间，同时将千斤顶与传动轴利用转换头连接，再利用千斤顶施加轴向力 对岩芯试件进行单轴压缩试验；岩石三轴压缩试验，当压力仓室向岩芯试件 进行加载围压后再施加轴压，其过程是先将岩石试件用单轴试验的方法固定 在钢制圆柱之间，再利用油压泵给压力仓室提供设定的围压值，并利用蓄能 器保持围压值稳定，再利用千斤顶对岩芯进行轴向加压，随着千斤顶施加轴 力的增大，岩芯破坏，则记录的试件破坏时的三轴压缩强度。
优选的，获取岩石的参数通过APP显示，显示方法包括一下步骤：
步骤1：开发APP，具体包括：
采用Java程序开发电子记录应用程序，并构建项目信息，然后建立数据 采集的模块，将其结构面信息进行记录完毕后进入岩石力学参数记录模块；
所述APP的功能包括：数据接收功能、岩石轴向压缩试验过程中的应力- 应变曲线绘制功能、岩石轴向压缩试验过程中的轴力和形变曲线绘制功能、 压力仓内的围压值显示功能；
所述数据接收功能，将岩石结构面信息进行记录完毕后进入岩石力学参 数记录模块，创立工点名称后，连接仪器的WiFi；
所述岩石轴向压缩试验过程中的应力-应变曲线绘制功能，是根据测距测 得岩石的受力和形变信息对该应力-应变曲线进行绘制；
所述岩石轴向压缩试验过程中的轴力和形变曲线绘制功能，是通过手动 压力泵对三轴压缩试验仪施加轴压，并通过传感器对轴压值进行获取，然后 对该轴力和形变曲线进行绘制；
所述压力仓内的围压值显示功能，是通过手动压力泵对三轴压缩试验仪 施加围压，并通过传感器对围压值进行获取，然后对该围压值进行处理并显 示。
步骤2：对岩石参数进行获取并上传至APP进行处理，进一步分析得到工 程所需的岩石原位参数，具体包括：
通过手机与仪器上的WiFi建立连接，然后对仪器进行校准动作；
根据所述应力-应变曲线获取岩石模量参数，并将岩石三轴压缩试验中轴 压和围压的点汇总成图像，获得岩石的获取单轴抗压强度、抗剪强度指标， 进一步对单轴及三轴压缩应力-应变关系曲线进行绘制，并根据记录的多组围 压值和轴压值绘制莫尔强度曲线以获取岩石的强度参数。
(三)有益效果
本发明提供了一种获取岩石参数的原位试验方法。具备有益效果如下：
该获取岩石参数的原位试验方法，本试验仪具简单便携，方便使用，功 能齐全的优点；本实验装置对试验试件既能进行轴向加压，又能实现围压加 压的功能；主要实现在工程原位测定岩芯的单轴抗压强度以及具有结构面的 岩芯的三轴抗压强度两大功能，且在APP软件的的配合下使得岩石参数的原 位试验更加的便捷和实用，大大增加了可操作性能。
附图说明
图1为本发明软件开发流程示意图；
图2为用于原位测试的便携式多功能岩石压缩试验仪的正面视图；
图3为用于原位测试的便携式多功能岩石压缩试验仪的俯视图；
图4为用于原位测试的便携式多功能岩石压缩试验仪的综合图；
图5为用于原位测试的便携式多功能岩石压缩试验仪的被外部油压系统 图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细阐述。
本发明实施例提供一种获取岩石参数的原位试验方法，如图1-5所示， 包括试验主机、压力控制系统和传感测量系统，所述试验主机包括下垫座(1)、 立柱(2)、上顶板(3)以及锁紧螺母(20)，将压力仓室放置在下垫座凹槽 (4)之上，增加稳定性，压力仓室由压力仓室底座(5)丙烯玻璃圆筒(6) 和压力仓室顶板(7)组成。将钢制台座(8)与压力仓室底座(5)用连接栓 (9)连接，试验时将岩芯放置在下部钢制圆柱(10)之上，下部的钢制圆 柱(10)之上安装轴压传感器(11)，测定轴向压力。利用传动轴(12)将液 压千斤顶(13)施加的轴压传递到试验试件上，在只施加轴压的条件下，在 岩石试件破坏时，反应岩石的单轴抗压强度。传动轴通过带插入孔圆筒(14) 与压力仓室连接，并利用在压力仓室顶板(7)的液压管(15)向油压压力仓 室施加围压，在给定围压的条件下，测定含有结构面的岩芯试件破坏时的轴 压和围压，并在油压管处安置围压传感器(16)并显示在外置油压表(17) 之上。经过一系列试验后得到岩石的内摩擦角和粘聚力。
在液压千斤顶(13)与传动轴(12)连接处由连接转换头(19)连接。
中间横板(21)是为了让轴压加载稳定，同时可以在试验时固定压力仓 室和通过传动轴之间的稳定性。
液压千斤顶油压口(18)与压力仓室的液压管(15)与外置手动油压泵 (22)连接提供轴压和围压。外置压力系统由油压泵(22)，油箱(23)，换 向阀(24)，溢流阀(25)单向阀(26)截止阀(27)和蓄能器(28)组成。 外置油压系统由油箱提供油源，油箱(23)直接和油压泵(22)相连，先给 压力仓室提供围压，使岩石块体立在钢制圆柱(10)上，再利用换向阀(24) 使油压泵让千斤顶工作提供轴压，在此过程中利用蓄能器(28)保证压力仓 室油压稳定。实现三轴试验的围压和轴压加载。
轴压传感器(11)与钢制圆柱(10)连接，是试验试件受到的轴压准确 传递到显示器。
围压传感器(16)与油压仓室顶板(7)相连，可以及时准确的反馈围压 值到油压表(17)。
野外便携式多功能岩石压缩试验仪由由试验主机，压力控制系统和传感 测量系统三大部分组成。在野外环境中，我们首先利用小型化的取样工具操 作步骤为：
(1)取岩：利用小型钻机钻取直径20毫米和直径30毫米的两种规格的 目标岩芯；取芯钻杆也是为了满足便携式岩石单轴和三轴试验仪的试验样品 进行设计的，主要是钻杆采用长度250毫米，外径35毫米，内径30毫米和 长度180毫米，外径25毫米，内20毫米两种取芯杆和配套钻头，并且钻头 的类型选择是根据需要钻取的岩石强度来确定的，软岩和硬岩分别对应复合 片钻头和金刚钻头，以保证获取的岩芯质量；
切削：利用切削工具加工岩芯，将岩芯放入钢制套筒并利用橡皮套圈固 定套筒，接着利用角磨机将岩芯加工成直径20毫米高度为40毫米，直径30 毫米高度60毫米的两种规格的试验岩石试样；利用为加工直径20毫米高度 40毫米和直径30毫米高度60毫米的两种规格的目标试样设计的钢制套管， 钢制套管的外径是25毫米内径是20毫米长度是40毫米和外径35毫米内径 30毫米高度60毫米的规格，首先是利用切削一体的角磨机对钻取的岩芯进行 切割，切割前需要将套筒对目标岩芯进行加持，再利用橡胶皮套进行固定， 利用角磨机进行切割后获取长度尺寸合适的岩样，在利用角磨机将岩样的两 端进行打磨精细处理，以获取两端平整的试验岩石样品；
检测：首先将野外获取岩石试样利用透明热缩管固定在压力仓室的钢制 圆柱之间，同时将千斤顶与传动轴利用转换头连接，再利用千斤顶施加轴向 力对岩芯试件进行单轴压缩试验；同样利用试验仪可进行岩石三轴压缩试验， 当向压力仓室向岩芯试件进行加载围压后再施加轴压，其过程是现将岩石试 件用单轴试验的方法固定在钢制圆柱之间，再利用油压泵给压力仓室提供设 定的围压值，并利用蓄能器保持围压值稳定，再利用千斤顶对岩芯进行轴向 加压，随着千斤顶施加轴力的增大，岩芯破坏，则记录的试件破坏时的三轴 压缩强度。在每次三轴试验完成后，将压力仓室与蓄能器断开进行围压卸荷， 再将转动连接转化头上的螺纹将使其与上部千斤顶的行程压头脱离，将传动 轴下压后将压力仓室从下底板凹槽中取出，取出破坏事件，重复上面的步骤 进行下一组试验。试验仪的压力仓室外壁使用的是丙乙烯透明材料，提供围 压的油也是透明的使试验可以方便顺利的进行；
获取岩石的参数通过APP显示，显示方法包括一下步骤：
步骤1：开发APP，具体包括：
采用Java程序开发电子记录应用程序，并构建项目信息，然后建立数据 采集的模块，将其结构面信息进行记录完毕后进入岩石力学参数记录模块；
所述APP的功能包括：数据接收功能、岩石轴向压缩试验过程中的应力- 应变曲线绘制功能、岩石轴向压缩试验过程中的轴力和形变曲线绘制功能、 压力仓内的围压值显示功能；
所述数据接收功能，将岩石结构面信息进行记录完毕后进入岩石力学参 数记录模块，创立工点名称后，连接仪器的WiFi；
所述岩石轴向压缩试验过程中的应力-应变曲线绘制功能，是根据测距测 得岩石的受力和形变信息对该应力-应变曲线进行绘制；
所述岩石轴向压缩试验过程中的轴力和形变曲线绘制功能，是通过手动 压力泵对三轴压缩试验仪施加轴压，并通过传感器对轴压值进行获取，然后 对该轴力和形变曲线进行绘制；
所述压力仓内的围压值显示功能，是通过手动压力泵对三轴压缩试验仪 施加围压，并通过传感器对围压值进行获取，然后对该围压值进行处理并显 示。
步骤2：对岩石参数进行获取并上传至APP进行处理，进一步分析得到工 程所需的岩石原位参数，具体包括：
通过手机与仪器上的WiFi建立连接，然后对仪器进行校准动作；
根据所述应力-应变曲线获取岩石模量参数，并将岩石三轴压缩试验中轴 压和围压的点汇总成图像，获得岩石的获取单轴抗压强度、抗剪强度指标， 进一步对单轴及三轴压缩应力-应变关系曲线进行绘制，并根据记录的多组围 压值和轴压值绘制莫尔强度曲线以获取岩石的强度参数。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而 言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行 多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限 定。
Claims (5)
1.一种获取岩石参数的原位试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取岩：利用小型钻机钻取直径20毫米和直径30毫米的两种规格的目标岩芯；
(2)切削：利用切削工具加工岩芯，将岩芯放入钢制套筒并利用橡皮套圈固定套筒，接着利用角磨机将岩芯加工成直径20毫米高度为40毫米，直径30毫米高度60毫米的两种规格的试验岩石试样；
(3)检测：将野外获取岩石的试样放入到试验仪器内，对岩芯试件进行单轴压缩试验和三轴压缩试验，在每次三轴压缩试验完成后，将压力仓室与蓄能器断开进行围压卸荷，再将转动连接转化头上的螺纹将使其与上部千斤顶的行程压头脱离，将传动轴下压后将压力仓室从下底板凹槽中取出，取出破坏试件，重复上面的步骤进行下一组试验。
2.根据权利要求1的一种获取岩石参数的原位试验方法，其特征在于：取芯钻杆为长度250毫米，外径35毫米，内径30毫米和长度180毫米，外径25毫米，内径20毫米的两种取芯杆和配套钻头，并且钻头类型的选择是根据需要钻取的岩石强度来确定的，软岩和硬岩分别对应复合片钻头和金刚钻头。
3.根据权利要求1的一种获取岩石参数的原位试验方法，其特征在于：钢制套管的外径是25毫米、内径是20毫米、高度是40毫米和外径35毫米、内径30毫米、高度60毫米的规格。
4.根据权利要求1的一种获取岩石参数的原位试验方法，其特征在于：将野外获取岩石试样利用透明热缩管固定在压力仓室的钢制圆柱之间，同时将千斤顶与传动轴利用转换头连接，再利用千斤顶施加轴向力对岩芯试件进行单轴压缩试验；岩石三轴压缩试验，当压力仓室向岩芯试件进行加载围压后再施加轴压，其过程是先将岩石试件用单轴试验的方法固定在钢制圆柱之间，再利用油压泵给压力仓室提供设定的围压值，并利用蓄能器保持围压值稳定，再利用千斤顶对岩芯进行轴向加压，随着千斤顶施加轴力的增大，岩芯破坏，则记录的试件破坏时的三轴压缩强度。
5.根据权利要求1的一种获取岩石参数的原位试验方法，其特征在于：获取岩石的参数通过APP显示，显示方法包括一下步骤：
步骤1：开发APP，具体包括：
采用Java程序开发电子记录应用程序，并构建项目信息，然后建立数据采集的模块，将其结构面信息进行记录完毕后进入岩石力学参数记录模块；
所述APP的功能包括：数据接收功能、岩石轴向压缩试验过程中的应力-应变曲线绘制功能、岩石轴向压缩试验过程中的轴力和形变曲线绘制功能、压力仓内的围压值显示功能；
所述数据接收功能，将岩石结构面信息进行记录完毕后进入岩石力学参数记录模块，创立工点名称后，连接仪器的WiFi；
所述岩石轴向压缩试验过程中的应力-应变曲线绘制功能，是根据测距测得岩石的受力和形变信息对该应力-应变曲线进行绘制；
所述岩石轴向压缩试验过程中的轴力和形变曲线绘制功能，是通过手动压力泵对三轴压缩试验仪施加轴压，并通过传感器对轴压值进行获取，然后对该轴力和形变曲线进行绘制；
所述压力仓内的围压值显示功能，是通过手动压力泵对三轴压缩试验仪施加围压，并通过传感器对围压值进行获取，然后对该围压值进行处理并显示。
步骤2：对岩石参数进行获取并上传至APP进行处理，进一步分析得到工程所需的岩石原位参数，具体包括：
通过手机与仪器上的WiFi建立连接，然后对仪器进行校准动作；
根据所述应力-应变曲线获取岩石模量参数，并将岩石三轴压缩试验中轴压和围压的点汇总成图像，获得岩石的获取单轴抗压强度、抗剪强度指标，进一步对单轴及三轴压缩应力-应变关系曲线进行绘制，并根据记录的多组围压值和轴压值绘制莫尔强度曲线以获取岩石的强度参数。
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