CN109798107B - 一种地层岩性分析装置及分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种地层岩性分析装置及分析方法，涉及地理信息技术领域，其中一种地层岩性分析装置，包括固定壳体、活动壳体和与活动壳体连接的推动杆，固定壳体至少有一部分位于活动壳体内，活动壳体端部设置有旋转环，活动壳体内侧壁上设置有测试部，测试部包括第一接触件、第二接触件以及测试件，固定壳体远离旋转环的一端设置有固定圆盘，固定圆盘上设置有压力感应件，固定圆盘的圆心设置有向旋转环方向延伸设置的伸出杆，伸出杆端部设置有震动发生件，固定壳体内侧壁上设置有震动接收件。本发明一种地层岩性分析装置及分析方法无需开采分析，节省时间，参数获取方便，干扰因素小，而且可以精确有效获取地层岩石性质数据并进行分析。

Description

一种地层岩性分析装置及分析方法

技术领域

本发明涉及地理信息技术领域，

尤其是，本发明涉及一种地层岩性分析装置及分析方法。

背景技术

在进行公路和铁路的路基铺设、岩质边坡稳定性分析、地下洞室围岩稳定性分析、隧道及隧洞的衬砌支护计算，以及岩体开挖和灌浆加固等过程中，能否快速准确地探测到岩体断层、节理和裂隙等几何信息，预判岩爆和突水等不良地质现象的可能发生位置，获得它们对工程安全施工的影响，据此提出处理加固方案以保障工程安全的关键问题，是能否快速准确地获得岩石力学参数。

岩体力学参数的测定方法通常采用室内岩块试样试验和现场大型原位测试。室内岩块试样试验具有易于获得试验结果的优点，但是不利的扰动因素致使与现场岩体的实际情况存在差异；对于现场原位测试技术来说扰动较少，更接近岩体现场实际情况，但是工程量浩大，而且受到多种因素的限制和制约。通常岩土工程中采用先钻探取样，将所取试样运回实验室进行尺寸加工，而后在实验机上进行试验测定，获得试样的基本物理力学参数，这种方法所需的时间较长，在整个过程中也很难避免试样扰动和人为干扰等情况的发生，使得岩体的力学行为与室内试样试验中体现的力学行为存在着差异。

所以，如何设计一种可以准确有效获取地层岩性信息并进行分析的装置或者分析方法，成为我们当前急需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无需采出分析，节省时间，参数获取方便，干扰因素小，而且可以精确有效获取地层岩石性质数据并进行分析的地层岩性分析装置。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案得以实现的：

一种地层岩性分析装置，包括固定壳体、活动壳体和与所述活动壳体连接的推动杆，所述固定壳体至少有一部分位于所述活动壳体内，所述活动壳体端部设置有旋转环，所述活动壳体内侧壁上设置有测试部，所述测试部包括第一接触件、第二接触件以及与所述第一接触件和第二接触件电连接的测试件，所述固定壳体远离所述旋转环的一端设置固定圆盘，所述固定圆盘上设置有压力感应件，所述固定圆盘的圆心设置有向所述旋转环方向延伸设置的伸出杆，所述伸出杆端部设置有震动发生件，所述固定壳体内侧壁上设置有震动接收件。

所述固定壳体和活动壳体均为圆柱型壳体。

作为本发明的优选，所述旋转环上设置有切割齿，且所述旋转环的内径不大于所述固定壳体内径。

作为本发明的优选，所述固定壳体为橡胶件。

作为本发明的优选，所述第一接触件和第二接触件均连接有伸缩杆。

作为本发明的优选，所述第一接触件和第二接触件均为换能器，所述测试件为岩石声波测试仪。

且第一接触件和第二接触件之间的连接线穿过所述固定壳体。这样测试件发出的电信号，穿过第一接触件转化为声波传递到固定壳体内的岩样中，穿过岩样后再通过第二接触件重新转化为电信号流回至测试件。

作为本发明的优选，所述震动接收件的数量至少为一个。

本发明还提供一种地层岩性分析方法，采用一种地层岩性分析装置，该装置包括固定壳体、活动壳体、推动杆、固定圆盘以及测试部，固定圆盘上设置有伸出杆和震动发生件，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1：驱动所述活动壳体端部的旋转环转动对岩层进行切割，推动杆推动活动壳体向旋转环方向位移，使切割的圆柱状岩样进入固定壳体内；

S2：判断岩样是否接触固定圆盘，若是，则执行步骤S3，否则继续执行步骤S1；

S3：停止旋转环转动，测试部的第一接触件和第二接触件弹出接触至固定壳体，测试件读取第一接触件和第二接触件读数差；

S4：推动杆缩回，收回活动壳体，获取固定圆盘内侧的压力感应件读数；

S5：伸出伸出杆，启动震动发生件，获取固定壳体的震动接收件读数。

作为本发明的优选，执行步骤S1之前，保证固定壳体设置于所述活动壳体内。

作为本发明的优选，执行步骤S5时，震动接收件的数量至少为一个。

作为本发明的优选，执行步骤S5之后，将测试件读数、压力感应件读数和震动接收件读数进行上传分析。

本发明一种地层岩性分析装置及分析方法有益效果在于：无需采出分析，节省时间，参数获取方便，干扰因素小，而且可以精确有效获取地层岩石性质数据并进行分析。

附图说明

图1为本发明一种地层岩性分析装置的结构示意图；

图2为本发明一种地层岩性分析方法的流程示意图；

其中：1、活动壳体，11、旋转环，2、固定壳体，21、固定圆盘，211压力感应件，22、压力感应件体，23、震动发生件，24、震动接收件，3、测试部，31、第一接触件，32、第二接触件，33、测试件，4、推动杆。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的模块和步骤的相对布置和步骤不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中的流程并不仅仅是单独进行，而是多个步骤相互交叉进行。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法及系统可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法及系统应当被视为授权说明书的一部分。

岩体力学参数的测定方法通常采用室内岩块试样试验和现场大型原位测试。室内岩块试样试验具有易于获得试验结果的优点，但是不利的扰动因素致使与现场岩体的实际情况存在差异；对于现场原位测试技术来说扰动较少，更接近岩体现场实际情况，但是工程量浩大，而且受到多种因素的限制和制约。通常岩土工程中采用先钻探取样，将所取试样运回实验室进行尺寸加工，而后在实验机上进行试验测定，获得试样的基本物理力学参数，这种方法所需的时间较长，在整个过程中也很难避免试样扰动和人为干扰等情况的发生，使得岩体的力学行为与室内试样试验中体现的力学行为存在着差异。

实施例一

如图1所示，仅为本发明的其中一个实施例，本发明提供一种地层岩性分析装置，包括固定壳体2、活动壳体1和与所述活动壳体1连接的推动杆4，所述固定壳体2至少有一部分位于所述活动壳体1内，所述活动壳体1端部设置有旋转环11，所述活动壳体1内侧壁上设置有测试部3，所述测试部3包括第一接触件31、第二接触件32以及与所述第一接触件31和第二接触件32电连接的测试件33，所述固定壳体2远离所述旋转环11的一端设置有固定圆盘21，所述固定圆盘21上设置有压力感应件211，所述固定圆盘21的圆心设置有向所述旋转环11方向延伸设置的伸出杆22，所述伸出杆22端部设置有震动发生件23，所述固定壳体2内侧壁上设置有震动接收件24。

首先是本发明的结构，所述活动壳体1连接有推动杆4，所述固定壳体2至少有一部分位于所述活动壳体1内，所述活动壳体1端部设置有旋转环11，这样推动杆4可以推动活动壳体1位移，且活动壳体1端部的旋转环11可以对岩层进行切割，方便推动杆4推动活动壳体1前进，那么岩样就方便进入至活动壳体1内的固定壳体2中，进行采集。采集满固定壳体2之后，移动壳体1则在推动杆4的带动下进行收回，至少露出一部分固定壳体2与地层环境接触。

在这里，固定壳体2为橡胶件，那么具有一定弹性形变方便移动壳体1进行收回，而且橡胶件可以更好的传递力，对测量参数获得数据产生的干扰和误差较小。

当然为了方便采集岩样，本发明中所述固定壳体2和活动壳体1均为圆柱型壳体。

但是本发明采集的岩样并不取出，而是直接在地层中进行测量，测量的岩石参数包括岩石密度、地层压力以及地层震动系数。

先是岩石密度，当采集满固定壳体2之后，移动壳体1收回之前，通过移动壳体1内侧的测试部3进行参数测试，所述测试部3包括第一接触件31、第二接触件32以及与所述第一接触件31和第二接触件32电连接的测试件33。

而且，所述第一接触件31和第二接触件32均为换能器，所述测试件33为岩石声波测试仪。且第一接触件31和第二接触件32之间的连接线穿过所述固定壳体2。这样测试件33发出的电信号，穿过第一接触件31转化为声波传递到固定壳体2内的岩样中，穿过岩样后再通过第二接触件32重新转化为电信号流回至测试件33。通过测试件33前后的电信号数据以及变化量，可以获取岩样的实时密度。

然后是地层压力，当采集满固定壳体2之后，移动壳体1收回，那么固定壳体2至少有一部分暴露在地层环境中，地层环境中的液压可以直接反馈地层压力，那么固定壳体2内的岩样受到一个朝向移动壳体1方向的压力，而固定壳体2靠近移动壳体1的方向设置有固定圆盘21，所述固定圆盘21上设置有压力感应件211，此压力感应件211感应到的实时读数即为当前测试岩样的实时地层压力读数。

最后是地层震动系数，移动壳体1收回，所述固定圆盘21的圆心设置有向所述旋转环11方向延伸设置的伸出杆22，伸出杆22伸出探入岩样内侧，然后所述伸出杆22端部设置有震动发生件23，震动发生件23发出震动，所述固定壳体2内侧壁上设置有震动接收件24，震动接收件24接收到震动波动曲线，这个波动曲线即为地层震动系数。

数据获取之后，将测试件读数、压力感应件读数和震动接收件读数进行上传分析。对数据进行综合评估，得到更加准确的分析结果。

这样获取了岩石密度、地层压力以及地层震动系数之后，工程施工能否进行具有很好的数据参考，避免施工之后发生地质灾害的情况发生。

而且，所有参数获取过程中，岩样并不用取出，避免开采取出之后数据的变化导致参数测量误差，而且可以在底层中持续作业，地层数据的测量效率可以大大提高。

那么本发明一种地层岩性分析装置不仅无需采出分析即可获取参数，节省时间，参数获取方便，干扰因素小，而且可以精确有效获取地层岩石性质数据并进行分析。

实施例二

仍如图1所示，依然为本发明的其中一个实施例，为了使得本发明一种地层岩性分析装置使用更加的稳定，信息的识别更加便捷，本发明中还具有以下几个设计：

首先，所述旋转环11上设置有切割齿，且所述旋转环11的内径不大于所述固定壳体2内径。切割齿方便对地层中的岩石进行切割，且旋转环11的内径不大于固定壳体2内径，方便被旋转环11切割之后的岩样进入固定壳体2内，方便进行测量。

然后，所述第一接触件31和第二接触件32均连接有伸缩杆。方便第一接触件31和第二接触件32伸出紧紧贴合固定壳体2外侧，这样可以有效接触岩样，避免能量耗损造成测试岩样密度产生误差。

最后，所述震动接收件24的数量至少为一个，实际上，固定壳体2内侧可以设置多个震动接收件24，且设置于各个方位，通过多组震动接收件24接受震动发生件23发出的震动产生的震动曲线，进行综合评估，防止岩样不均造成的误差，测试得到的参数更加准确无误。

实施例三

如图2所示，本发明还提供一种地层岩性分析方法，采用一种地层岩性分析装置，该装置包括固定壳体、活动壳体、推动杆、固定圆盘以及测试部，固定圆盘上设置有伸出杆和震动发生件，其特征在于，该一种地层岩性分析方法包括以下步骤：

S1：驱动所述活动壳体端部的旋转环转动对岩层进行切割，推动杆推动活动壳体向旋转环方向位移，使切割的圆柱状岩样进入固定壳体内；

S2：判断岩样是否接触固定圆盘，若是，则执行步骤S3，否则继续执行步骤S1；

S3：停止旋转环转动，测试部的第一接触件和第二接触件弹出接触至固定壳体，测试件读取第一接触件和第二接触件读数差；

S4：推动杆缩回，收回活动壳体，获取固定圆盘内侧的压力感应件读数；

S5：伸出伸出杆，启动震动发生件，获取固定壳体的震动接收件读数。

而且，执行步骤S1之前，保证固定壳体设置于所述活动壳体内。

当然，执行步骤S5时，震动接收件的数量至少为一个。

还有，执行步骤S5之后，将测试件读数、压力感应件读数和震动接收件读数进行上传分析。

本发明一种地层岩性分析装置及分析方法无需开采即可分析地层岩石参数，节省时间，参数获取方便，干扰因素小，而且可以精确有效获取地层岩石性质数据并进行分析。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种地层岩性分析装置，其特征在于：包括固定壳体（2）、活动壳体（1）和与所述活动壳体（1）连接的推动杆（4），所述固定壳体（2）至少有一部分位于所述活动壳体（1）内，所述活动壳体（1）端部设置有旋转环（11），所述活动壳体（1）内侧壁上设置有测试部（3），所述测试部（3）包括第一接触件（31）、第二接触件（32）以及与所述第一接触件（31）和第二接触件（32）电连接的测试件（33），所述固定壳体（2）远离所述旋转环（11）的一端设置有固定圆盘（21），所述固定圆盘（21）上设置有压力感应件（211），所述固定圆盘（21）的圆心设置有向所述旋转环（11）方向延伸设置的伸出杆（22），所述伸出杆（22）端部设置有震动发生件（23），所述固定壳体（2）内侧壁上设置有震动接收件（24）；所述旋转环（11）上设置有切割齿，且所述旋转环（11）的内径不大于所述固定壳体（2）内径；所述第一接触件（31）和第二接触件（32）均为换能器，所述测试件（33）为岩石声波测试仪。

2.根据权利要求1所述的一种地层岩性分析装置，其特征在于：所述固定壳体（2）为橡胶件。

3.根据权利要求1所述的一种地层岩性分析装置，其特征在于：所述第一接触件（31）和第二接触件（32）均连接有伸缩杆。

4.根据权利要求1所述的一种地层岩性分析装置，其特征在于：所述震动接收件（24）的数量至少为一个。

5.一种地层岩性分析方法，采用如权利要求1～4任一项所述的一种地层岩性分析装置，该装置包括固定壳体、活动壳体、推动杆、固定圆盘以及测试部，固定圆盘上设置有伸出杆和震动发生件，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1：驱动所述活动壳体端部的旋转环转动对岩层进行切割，推动杆推动活动壳体向旋转环方向位移，使切割的圆柱状岩样进入固定壳体内；

S2：判断岩样是否接触固定圆盘，若是，则执行步骤S3，否则继续执行步骤S1；

S3：停止旋转环转动，测试部的第一接触件和第二接触件弹出接触至固定壳体，测试件读取第一接触件和第二接触件读数差；

S4：推动杆缩回，收回活动壳体，获取固定圆盘内侧的压力感应件读数；

S5：伸出伸出杆，启动震动发生件，获取固定壳体的震动接收件读数。

6.根据权利要求5所述的一种地层岩性分析方法，其特征在于：

执行步骤S1之前，保证固定壳体设置于所述活动壳体内。

7.根据权利要求5所述的一种地层岩性分析方法，其特征在于：

执行步骤S5时，震动接收件的数量至少为一个。

8.根据权利要求5所述的一种地层岩性分析方法，其特征在于：

执行步骤S5之后，将测试件读数、压力感应件读数和震动接收件读数进行上传分析。

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