CN116856875B - 用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测装置及方法 - Google Patents

用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测装置及方法，装置包括：固定座；两个夹爪气缸，各夹爪气缸均固定在固定座上，各夹爪气缸包括气缸和多个夹爪，多个夹爪沿气缸的缸体外周间隔设置；多个支撑杆，分别设置在多个夹爪的外部，且多个支撑杆分别与多个夹爪固定连接；探杆装置，设置在固定座上，包括探杆、阻力检测部件和扭矩检测部件，阻力检测部件和扭矩检测部件均设置在探杆上；角度驱动部件，设置在固定座上，其输出端与探杆装置连接；深度驱动部件，设置在固定座上，其输出端与探杆装置连接；旋转驱动部件，设置在固定座上，其输出端与所述探杆装置连接。该装置降低了测试成本、缩短测试周期、提高了测试结果的准确度。

Description

用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测装置及方法
技术领域
本发明涉及岩土工程测试技术领域，尤其涉及一种用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测装置及方法。
背景技术
21世纪以来，我国发生了数起与软弱夹层和土体界面密切相关的规模巨大的崩、滑灾害，造成重大人员伤亡和财产损失，岩体软弱界面和土体界面力学参数的获取在岩体工程中的地位特殊，学者对其的研究与探索工作也一直没有止步。
目前为了获取岩体软弱界面和土体界面的力学参数，通常采用室内试验的方法，即先钻取岩芯，然后运至实验室加工成试件进行岩土体力学参数测定，该方法虽然可完成岩体软弱界面力学参数的测定，但其存在着岩芯获取困难、试样准备过程繁琐、测试结果脱离原位等缺点。为了解决该室内试验方法存在的上述问题，则目前也有的采用原位测试的方法，目前原位测试一般是采用较大型的设备基于贯入的方式完成岩体软弱界面的力学参数的测试，并且为了确保大型设备的稳定性，则需要将大型设备稳固在地面上。该现有的原位测试方法虽然解决了室内试验方法存在的问题，但是现有的原位测试方法还存在着测试成本高、测试周期长、无法准确获得岩体界面处力学参数等缺点。因此，如何降低岩体软弱界面力学参数测试的成本、缩短测试周期以及提高岩体软弱界面力学参数测试结果的准确度是亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测装置及方法，以解决现有技术中存在的一个或多个问题。
根据本发明的一个方面，本发明公开了一种用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测装置，所述钻孔内检测装置包括：
固定座；
两个夹爪气缸，各所述夹爪气缸均固定在所述固定座上，各所述夹爪气缸包括气缸和多个夹爪，多个所述夹爪沿所述气缸的缸体外周间隔设置，且多个所述夹爪在所述气缸的活塞的往复移动作用下可实现向外扩展和向内收缩；
多个支撑杆，分别设置在多个所述夹爪的外部，且多个所述支撑杆分别与多个所述夹爪固定连接，所述支撑杆与所述夹爪同步移动，在所述夹爪的扩展状态下，所述支撑杆支撑在钻孔的孔壁上；
探杆装置，设置在所述固定座上，所述探杆装置包括探杆、阻力检测部件和扭矩检测部件，所述阻力检测部件和扭矩检测部件均设置在所述探杆上，分别用于检测所述探杆在钻探过程中的阻力和扭矩；
角度驱动部件，设置在所述固定座上，所述角度驱动部件的输出端与所述探杆装置连接，所述角度驱动部件用于调整所述探杆装置的钻探角度；
深度驱动部件，设置在所述固定座上，所述深度驱动部件的输出端与所述探杆装置连接，所述深度驱动部件用于控制所述探杆装置的钻探深度；
旋转驱动部件，设置在所述固定座上，所述旋转驱动部件的输出端与所述探杆装置连接，所述旋转驱动部件用于驱动所述探杆装置旋转。
在本发明的一些实施例中，两个所述夹爪气缸分别位于所述固定座的两端，所述探杆装置、角度驱动部件、深度驱动部件以及旋转驱动部件均位于两个所述夹爪气缸之间。
在本发明的一些实施例中，所述钻孔内检测装置还包括探杆装置辅助固定件，所述探杆装置辅助固定件设置在所述固定座上，所述探杆装置通过所述探杆装置辅助固定件分别与所述角度驱动部件的输出端、深度驱动部件的输出端和旋转驱动部件的输出端连接。
在本发明的一些实施例中，所述探杆装置辅助固定件包括壳体、齿轮齿条传动机构，所述齿轮齿条传动机构设置在所述壳体内部，齿轮与所述深度驱动部件的输出端连接，齿条在所述齿轮的驱动作用下可实现往复直线运动，所述探杆装置与所述齿条连接，且所述探杆装置与所述齿条同步移动，所述壳体上具有输出轴过孔，所述旋转驱动部件的输出轴自所述输出轴过孔延伸至所述壳体内部，且所述旋转驱动部件的输出轴与所述探杆装置固定连接，所述探杆装置辅助固定件的壳体与所述角度驱动部件的输出端固定连接，所述角度驱动部件驱动所述探杆装置辅助固定件在竖直方向上转动。
在本发明的一些实施例中，所述探杆装置辅助固定件与所述固定座之间设有角度限位结构。
在本发明的一些实施例中，所述角度限位结构包括弧形槽和限位螺钉，所述限位螺钉固定在所述固定座上，所述弧形槽位于所述探杆装置辅助固定件的壳体上。
在本发明的一些实施例中，所述固定座包括上夹爪气缸座、下夹爪气缸座、第一连接杆，上夹爪气缸座和下夹爪气缸座之间通过所述第一连接杆连接，两个所述夹爪气缸分别固定在上夹爪气缸座和下夹爪气缸座上；和/或
所述角度驱动部件、深度驱动部件和旋转驱动部件均为步进电机。
在本发明的一些实施例中，所述钻孔内检测装置还包括顶盖和第二连接杆，所述顶盖处于所述钻孔内检测装置的顶部，且所述顶盖通过所述第二连接杆与所述上夹爪气缸座固定连接，所述顶盖上设有吊装作业孔。
根据本发明的另一方面，还公开了一种用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测方法，所述钻孔内检测方法采用如上任一实施例所述的用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测装置，且所述钻孔内检测方法包括：
基于地球物探或钻孔电视确定岩体软弱界面的位置和倾角，基于所述岩体软弱界面的位置将所述钻孔内检测装置下放至所述钻孔的对应深度；
为两个所述夹爪气缸的缸体内注入气体，使各夹爪向外扩展，直至所述支撑杆支撑在钻孔的孔壁上；
基于确定的岩体软弱界面的倾角通过角度驱动部件调整所述探杆装置的钻探角度，基于所述旋转驱动部件和深度驱动部件控制所述探杆装置钻探至预设深度；
获取钻探过程中所述阻力检测部件和扭矩检测部件检测到的阻力和扭矩，基于获取到的所述阻力和扭矩计算所述岩体软弱界面的力学参数。
在本发明的一些实施例中，所述岩体软弱界面的力学参数包括岩体软弱界面的岩石的单轴抗压强度、粘聚力和内摩擦角；
所述单轴抗压强度、粘聚力和内摩擦角满足如下公式：
F＝1.5151+0.1096RC+0.8740C；
M＝-14.1473+0.6329RC+10.2730C；
其中，F为阻力，M为扭矩，RC为单轴抗压强度，C为粘聚力，为内摩擦角。
本发明实施例所公开的用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测装置及方法，在检测岩体软弱界面力学参数时，将装置下放至钻孔内，且支撑杆支撑在钻孔的孔壁上，则该装置可实现在钻孔内的岩体软弱界面力学参数的检测，并且装置被下放至预设深度，则克服了传统原位测试触探深度不足的缺点，从而提高了岩体软弱界面力学参数测试结果的准确度。另外该装置结构简单、操作方便，从而降低了岩体软弱界面力学参数测试的成本以及缩短了测试周期。
本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。
本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本发明的原理。为了便于示出和描述本发明的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本发明实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：
图1为本发明一实施例的用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测装置的结构示意图。
图2为本发明一实施例的钻孔内检测装置的第一局部结构示意图。
图3为本发明一实施例的钻孔内检测装置的第二局部结构示意图。
图4为本发明一实施例的探杆装置辅助固定件的内部结构示意图。
图5为本发明一实施例的探杆装置与旋转驱动部件的连接示意图。
附图标记：
上夹爪气缸110下夹爪气缸120夹爪131支撑杆150探杆210端部凹槽211阻力检测部件220扭矩检测部件230角度驱动部件300深度驱动部件400旋转驱动部件500壳体610齿轮620齿条630弧形槽641限位螺钉642上夹爪气缸座710下夹爪气缸座720第一连接杆730顶盖800第二连接杆810吊装作业孔820电机固定件900
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明白，下面将结合附图对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解；例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，可以是无线连接，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。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
图1为本发明一实施例的用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测装置的结构示意图，参考图1，该钻孔内检测装置至少包括固定座、两个夹爪气缸、多个支撑杆150、探杆装置、角度驱动部件300、深度驱动部件400以及旋转驱动部件500。固定座用于支撑和固定夹爪气缸、探杆装置、角度驱动部件300、深度驱动部件400以及旋转驱动部件500。各所述夹爪气缸均固定在所述固定座上，各所述夹爪气缸包括气缸和多个夹爪131，多个所述夹爪131沿所述气缸的缸体外周间隔设置，且多个所述夹爪131在所述气缸的活塞的往复移动作用下可实现向外扩展和向内收缩。多个支撑杆150分别设置在多个所述夹爪131的外部，且多个所述支撑杆150分别与多个所述夹爪131固定连接，所述支撑杆150与所述夹爪131同步移动，在所述夹爪131的扩展状态下，所述支撑杆150支撑在钻孔的孔壁上。探杆装置设置在所述固定座上，所述探杆装置包括探杆210、阻力检测部件220和扭矩检测部件230，所述阻力检测部件220和扭矩检测部件230均设置在所述探杆210上，所述阻力检测部件220和扭矩检测部件230分别用于检测所述探杆210在钻探过程中的阻力和扭矩。角度驱动部件300设置在所述固定座上，所述角度驱动部件300的输出端与所述探杆装置连接，所述角度驱动部件300用于调整所述探杆装置的钻探角度。深度驱动部件400设置在所述固定座上，所述深度驱动部件400的输出端与所述探杆装置连接，所述深度驱动部件400用于控制所述探杆装置的钻探深度。旋转驱动部件500设置在所述固定座上，所述旋转驱动部件500的输出端与所述探杆装置连接，所述旋转驱动部件500用于驱动所述探杆装置旋转。
在该实施例中，当夹爪131向外扩展时，夹爪131带动其外侧的支撑杆150同步向外扩展，直至支撑杆150支撑在钻孔的孔壁上，并将钻孔内检测装置稳固在钻孔内。由于该用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测装置具有两个夹爪气缸，且各夹爪气缸的多个夹爪131的外部均设有支撑杆150，则当该装置被下放至钻孔内以检测预设深度的岩体软弱界面力学参数时，多个支撑杆150均支撑在钻孔的孔壁上确保了装置在钻孔内的稳固性。另外，角度驱动部件300通过调节探杆装置的钻探角度，则可使得钻探方向匹配于岩体软弱界面的倾角，而旋转驱动部件500在驱动探杆装置旋转的同时进一步通过深度驱动部件400控制探杆装置的钻探深度，则进一步确保了岩体软弱界面力学参数测试结果的准确度。其中，角度驱动部件300、深度驱动部件400和旋转驱动部件500具体的均可为步进电机。
进一步的，两个所述夹爪气缸分别位于所述固定座的两端，所述探杆装置、角度驱动部件300、深度驱动部件400以及旋转驱动部件500均位于两个所述夹爪气缸之间。如图1所示，两个夹爪气缸分别设置在固定座的上方和下方，且两个夹爪气缸相对且间隔设置，示例性的，各夹爪气缸与固定座之间均可以通过螺钉或螺栓等进行固定连接。另外，夹爪气缸中的夹爪131数量不做具体限定，可以为两个、三个、四个或更多个，在图1所示的钻孔内检测装置中，各夹爪气缸的夹爪131数量为四个，此时各夹爪气缸的外侧也对应的设有四个支撑杆150；当四个夹爪131沿气缸的缸体外周均匀且间隔设置时，则四个支撑杆150也相应的沿气缸的缸体外周均匀且间隔设置。为了确保支撑杆150与夹爪131同步移动，则各支撑杆150与夹爪131固定连接；示例性的，支撑杆150与夹爪131之间可通过螺钉或螺栓等可拆卸的方式进行连接。
在一实施例中，固定座包括上夹爪气缸座710、下夹爪气缸座720、第一连接杆730，上夹爪气缸座710和下夹爪气缸座720之间通过所述第一连接杆730连接，两个所述夹爪气缸分别固定在上夹爪气缸座710和下夹爪气缸座720上。此时，两个夹爪气缸中的上夹爪气缸110固定在上夹爪气缸座710上，而两个夹爪气缸中的下夹爪气缸120固定在下夹爪气缸座720上。参考图2，上夹爪气缸座710和下夹爪气缸座720均可为圆盘结构，且上夹爪气缸座710和下夹爪气缸座720之间间隔有一定距离，第一连接杆730的两端分别与上夹爪气缸座710和下夹爪气缸座720固定连接，此时上夹爪气缸座710和下夹爪气缸座720之间的间隔距离由第一连接杆730的长度决定，此时探杆装置、角度驱动部件300、深度驱动部件400以及旋转驱动部件500均位于上夹爪气缸座710和下夹爪气缸座720之间。
在一实施例中，钻孔内检测装置还包括探杆装置辅助固定件，所述探杆装置辅助固定件设置在所述固定座上，所述探杆装置通过所述探杆装置辅助固定件分别与所述角度驱动部件300的输出端、深度驱动部件400的输出端和旋转驱动部件500的输出端连接。参考图3，固定座的上夹爪气缸座710和下夹爪气缸座720之间还设有电机固定件900，此时电机固定件900的两端分别与上夹爪气缸座710和下夹爪气缸座720固定连接，此时探杆装置辅助固定件具体的可设置在电机固定件900上；则探杆装置通过被设置在探杆装置辅助固定件上则实现了探杆装置与固定座的连接。
进一步的，探杆装置辅助固定件包括壳体610、齿轮齿条传动机构，所述齿轮齿条传动机构设置在所述壳体610内部，齿轮620与所述深度驱动部件400的输出端连接，齿条630在所述齿轮620的驱动作用下可实现往复直线运动，所述探杆装置与所述齿条630连接，且所述探杆装置与所述齿条630同步移动，所述壳体610上具有输出轴过孔，所述旋转驱动部件500的输出轴自所述输出轴过孔延伸至所述壳体610内部，且所述旋转驱动部件500的输出轴与所述探杆装置固定连接，所述探杆装置辅助固定件的壳体610与所述角度驱动部件300的输出端固定连接，所述角度驱动部件300驱动所述探杆装置辅助固定件在竖直方向上转动。
在图3所示的局部结构示意图中，为了将角度驱动部件300、深度驱动部件400和旋转驱动部件500均设置在固定座上，则角度驱动部件300、深度驱动部件400和旋转驱动部件500分别通过螺钉或螺栓等可拆卸的连接方式与电机固定件900进行连接。而由于探杆装置辅助固定件在竖直方向上可转动，则探杆装置辅助固定件可转动的设置在电机固定件900上。为了进一步的对探杆装置辅助固定件的转动角度进行限位，则探杆装置辅助固定件与固定座之间还设有角度限位结构，当探杆装置辅助固定件直接固定在电机固定件900上时，则探杆装置辅助固定件与电机固定件900之间设有角度限位结构。示例性的，角度限位结构包括弧形槽641和限位螺钉642，所述限位螺钉642固定在固定座上，且具体的位于固定座的电机固定件900上，所述弧形槽641位于所述探杆装置辅助固定件的壳体610上。在该实施例中，探杆装置辅助固定件与角度驱动部件300的输出轴同步转动，而又由于探杆装置自探杆装置辅助固定件的壳体610内延伸至壳体610外部，则此时探杆装置与探杆装置辅助固定件同步转动，从而可实现探杆装置的钻探角度的调整。
从图4中可以看出，深度驱动部件400的输出轴与探杆装置辅助固定件内部的齿轮620固定连接，此时齿轮620可旋转的设置在探杆装置辅助固定件的壳体610上，并且齿轮620与齿条630啮合传动，并且齿条630上设有滑槽，此时探杆装置辅助固定件的壳体610内部的对应位置处设有与该滑槽匹配的滑块，则齿条630在齿轮620的传动作用下沿水平方向移动。由于探杆装置与齿条630固定连接，则此时探杆装置在深度驱动部件400的旋转驱动作用下也实现了钻探深度的控制。
从图5中可以看出，旋转驱动部件500的输出轴直接与探杆装置连接，使得探杆装置与旋转驱动部件500的输出轴同步旋转。具体的，旋转驱动部件500的输出轴可自探杆装置辅助固定件的壳体610外部延伸至壳体610内部，且探杆装置的端部可设置与旋转驱动部件500的输出轴相匹配的凹槽，此时旋转驱动部件500的输出轴的末端与探杆装置的端部凹槽211相配合，则可使得探杆装置与旋转驱动部件500的输出轴同步旋转。另外，由于探杆装置的端部的一部分被设置在齿条630内部的中空腔体内，则为了使旋转驱动部件500的输出轴的末端与探杆装置的端部凹槽211相互配合，齿条630的相应位置还设有输出轴过孔。
进一步的，钻孔内检测装置还包括顶盖800和第二连接杆810，所述顶盖800处于所述钻孔内检测装置的顶部，且所述顶盖800通过所述第二连接杆810与所述上夹爪气缸座710固定连接，所述顶盖800上设有吊装作业孔820。参考图1，顶盖800整体呈圆盘结构，此时顶盖800位于上夹爪气缸110的顶部，顶盖800与上夹爪气缸座710之间可设有多个第二连接杆810，且多个第二连接杆810沿顶盖800的周向均匀且间隔设置，第二连接杆810的两端分别与顶盖800和上夹爪气缸座710固定连接，基于顶盖800上的吊装作业孔820通过吊装绳索可将该用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测装置下放至钻孔内或从钻孔内提出。
进一步的，本申请实施例中的夹爪气缸具体的可由缸体、活塞和夹爪131等部件组成，缸体上设有进气口和出气口，则进气口、出气口通过气管进一步可与外部的气泵连接，则基于外部的气泵可调节缸体内部的压强，从而控制活塞的运动，进而使得活塞带动夹爪131进行外扩或收缩。
具体的，夹爪气缸可采用MHS4-63D型四爪气缸，其进气口和出气口与外部气泵连接，当缸体内气压达到一定值后，则会挤压活塞，与活塞相连的凸轮进一步产生相应的轴向运动，而夹爪131通过自身的斜槽与凸轮上的斜槽紧密连接，当凸轮在活塞的驱动下朝向夹爪131下部运动时，则夹爪131向外扩展，而当凸轮在活塞的驱动下朝向夹爪131上部运动时，则夹爪131向内收缩。
通过上述实施例所公开的用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测装置可以发现，该用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测装置在进行力学参数检测时，首先通过吊装绳索将装置下放至钻孔内一定深度的位置，进一步的通过气泵向夹爪气缸的缸体内输入气体，此时活塞由于缸体内压强的增大则进行运动，随着活塞的运动，夹爪131以及夹爪131外部的支撑杆150向外扩展，支撑杆150向外扩展则挤压孔壁，当支撑杆150与孔壁之间的摩擦力与钻孔内检测装置的自重互相平行时，则该钻孔内检测装置被稳固在钻孔内的指定位置，即确保了支撑杆150稳固的支撑在钻孔的孔壁上。进一步的通过角度驱动部件300将探杆装置调整至需要的角度，旋转驱动部件500进而驱动探杆装置旋转运动，与此同时，深度驱动部件400控制探杆装置的钻探深度；在探杆装置的钻探过程中，探杆210上的阻力检测部件220和扭矩检测部件230分别采集钻探过程中的阻力和扭矩，并进一步的发送至外部的数据采集器；另外为了使探杆装置便于钻探，则探杆210的端部可为麻花钻头。由此可以看出，该钻孔内检测装置可以在钻孔内对岩体软弱界面进行力学参数的测试，其在检测时采用钻进方式克服了传统静力触探方式触探能力不足的问题，能够对硬质土层甚至软岩进行测试。
相应的，本发明还提供了一种用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测方法，所该钻孔内检测方法在进行力学参数的检测时采用如上任一实施例所述的用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测装置，且所述钻孔内检测方法包括：基于地球物探或钻孔电视确定岩体软弱界面的位置和倾角，基于所述岩体软弱界面的位置将所述钻孔内检测装置下放至所述钻孔的对应深度；为两个所述夹爪气缸的缸体内注入气体，使各夹爪向外扩展，直至所述支撑杆支撑在钻孔的孔壁上；基于确定的岩体软弱界面的倾角通过角度驱动部件300调整所述探杆装置的钻探角度，基于所述旋转驱动部件500和深度驱动部件400控制所述探杆装置钻探至预设深度；获取钻探过程中所述阻力检测部件220和扭矩检测部件230检测到的阻力和扭矩，基于获取到的所述阻力和扭矩计算所述岩体软弱界面的力学参数。
在该钻孔内检测方法中，当将钻孔内检测装置从所述钻孔下放至指定深度之后，则启动外部的气泵向上夹爪气缸110和下夹爪气缸120中充入气体，当夹爪气缸的缸体内达到一定压强后，活塞推动夹爪131向外扩展，此时支撑杆150与夹爪131同步向外扩展，直至支撑杆150支撑在钻孔的孔壁上。进一步启动角度驱动部件300，角度驱动部件300将探杆装置的钻探角度调整为与岩体软弱界面的倾角一致；进一步的启动旋转驱动部件500，使探杆装置进行旋转，并启动深度驱动部件400，深度驱动部件400基于齿轮齿条机构带动探杆装置在旋转运动的同时还水平移动。在深度驱动部件400和旋转驱动部件500的共同驱动作用下，探杆装置钻进岩体，此时通过阻力检测部件220和扭矩检测部件230检测所述探杆210在钻探过程中的阻力和扭矩并发送至数据采集器。其中，阻力检测部件220具体的可为锥尖阻力传感器，而扭矩检测部件230具体的可为扭矩传感器。
另外，为了进一步的提高岩体软弱界面力学参数检测结果的准确性，一般会检测岩体软弱界面的多个部位的力学参数，即通常检测钻孔内不同深度位置处的岩体软弱界面的力学参数。此时当获取到了第一深度位置处的阻力和扭矩之后，则需排除缸体内部的气体，使夹爪131和支撑杆150向内收缩，进一步的采用吊装绳索将钻孔内检测装置下放至第二深度实现在第二深度位置处的阻力和扭矩的采集。
进一步的，岩体软弱界面的力学参数包括岩体软弱界面的岩石的单轴抗压强度、粘聚力和内摩擦角；其中，粘聚力和内摩擦角表示岩体软弱界面的剪切性能，而单轴抗压强度为岩体软弱界面的抗压性能中的一个力学参数；
所述单轴抗压强度、粘聚力和内摩擦角满足如下公式：
F＝1.5151+0.1096RC+0.8740C；
M＝-14.1473+0.6329RC+10.2730C；
其中，F为阻力，M为扭矩，RC为单轴抗压强度，C为粘聚力，为内摩擦角。
在该实施例中，若采集到的阻力数据和扭矩数据为多组数据的话，则此时可基于计算得到的多个单轴抗压强度、粘聚力和内摩擦角确定岩体软弱界面的最终的部分力学参数。示例性的，可将多个单轴抗压强度的平均值作为岩体软弱界面的最终的单轴抗压强度，将多个粘聚力的平均值作为岩体软弱界面的最终的粘聚力，而将多个内摩擦角的平均值作为岩体软弱界面的最终的内摩擦角数值。
还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。
本发明中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。
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，本发明实施例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)

1.一种用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测装置，其特征在于，所述钻孔内检测装置包括：
固定座；
两个夹爪气缸，各所述夹爪气缸均固定在所述固定座上，各所述夹爪气缸包括气缸和多个夹爪，多个所述夹爪沿所述气缸的缸体外周间隔设置，且多个所述夹爪在所述气缸的活塞的往复移动作用下可实现向外扩展和向内收缩；
多个支撑杆，分别设置在多个所述夹爪的外部，且多个所述支撑杆分别与多个所述夹爪固定连接，所述支撑杆与所述夹爪同步移动，在所述夹爪的扩展状态下，所述支撑杆支撑在钻孔的孔壁上；
探杆装置，设置在所述固定座上，所述探杆装置包括探杆、阻力检测部件和扭矩检测部件，所述阻力检测部件和扭矩检测部件均设置在所述探杆上，分别用于检测所述探杆在钻探过程中的阻力和扭矩；
角度驱动部件，设置在所述固定座上，所述角度驱动部件的输出端与所述探杆装置连接，所述角度驱动部件用于调整所述探杆装置的钻探角度；
深度驱动部件，设置在所述固定座上，所述深度驱动部件的输出端与所述探杆装置连接，所述深度驱动部件用于控制所述探杆装置的钻探深度；
旋转驱动部件，设置在所述固定座上，所述旋转驱动部件的输出端与所述探杆装置连接，所述旋转驱动部件用于驱动所述探杆装置旋转。
2.根据权利要求1所述的用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测装置，其特征在于，两个所述夹爪气缸分别位于所述固定座的两端，所述探杆装置、角度驱动部件、深度驱动部件以及旋转驱动部件均位于两个所述夹爪气缸之间。
3.根据权利要求2所述的用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测装置，其特征在于，所述钻孔内检测装置还包括探杆装置辅助固定件，所述探杆装置辅助固定件设置在所述固定座上，所述探杆装置通过所述探杆装置辅助固定件分别与所述角度驱动部件的输出端、深度驱动部件的输出端和旋转驱动部件的输出端连接。
4.根据权利要求3所述的用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测装置，其特征在于，所述探杆装置辅助固定件包括壳体、齿轮齿条传动机构，所述齿轮齿条传动机构设置在所述壳体内部，齿轮与所述深度驱动部件的输出端连接，齿条在所述齿轮的驱动作用下可实现往复直线运动，所述探杆装置与所述齿条连接，且所述探杆装置与所述齿条同步移动，所述壳体上具有输出轴过孔，所述旋转驱动部件的输出轴自所述输出轴过孔延伸至所述壳体内部，且所述旋转驱动部件的输出轴与所述探杆装置固定连接，所述探杆装置辅助固定件的壳体与所述角度驱动部件的输出端固定连接，所述角度驱动部件驱动所述探杆装置辅助固定件在竖直方向上转动。
5.根据权利要求4所述的用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测装置，其特征在于，所述探杆装置辅助固定件与所述固定座之间设有角度限位结构。
6.根据权利要求5所述的用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测装置，其特征在于，所述角度限位结构包括弧形槽和限位螺钉，所述限位螺钉固定在所述固定座上，所述弧形槽位于所述探杆装置辅助固定件的壳体上。
7.根据权利要求1所述的用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测装置，其特征在于，所述固定座包括上夹爪气缸座、下夹爪气缸座、第一连接杆，上夹爪气缸座和下夹爪气缸座之间通过所述第一连接杆连接，两个所述夹爪气缸分别固定在上夹爪气缸座和下夹爪气缸座上；和/或
所述角度驱动部件、深度驱动部件和旋转驱动部件均为步进电机。
8.根据权利要求7所述的用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测装置，其特征在于，所述钻孔内检测装置还包括顶盖和第二连接杆，所述顶盖处于所述钻孔内检测装置的顶部，且所述顶盖通过所述第二连接杆与所述上夹爪气缸座固定连接，所述顶盖上设有吊装作业孔。
9.一种用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测方法，其特征在于，所述钻孔内检测方法采用如权利要求1至8中任意一项所述的用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测装置，以及采用地球物探或钻孔电视，且所述钻孔内检测方法包括：
基于地球物探或钻孔电视确定岩体软弱界面的位置和倾角，基于所述岩体软弱界面的位置将所述钻孔内检测装置下放至所述钻孔的对应深度；
为两个所述夹爪气缸的缸体内注入气体，使各夹爪向外扩展，直至所述支撑杆支撑在钻孔的孔壁上；
基于确定的岩体软弱界面的倾角通过角度驱动部件调整所述探杆装置的钻探角度，基于所述旋转驱动部件和深度驱动部件控制所述探杆装置钻探至预设深度；
获取钻探过程中所述阻力检测部件和扭矩检测部件检测到的阻力和扭矩，基于获取到的所述阻力和扭矩计算所述岩体软弱界面的力学参数。
10.根据权利要求9所述的用于检测岩体软弱界面力学参数的钻孔内检测方法，其特征在于，所述岩体软弱界面的力学参数包括岩体软弱界面的岩石的单轴抗压强度、粘聚力和内摩擦角；
所述单轴抗压强度、粘聚力和内摩擦角满足如下公式：
F＝1.5151+0.1096RC+0.8740C；
M＝-14.1473+0.6329RC+10.2730C；
其中，F为阻力，M为扭矩，RC为单轴抗压强度，C为粘聚力，为内摩擦角。
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