CN203310554U - 三分向双环钻孔变形计 - Google Patents

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薄清元
房后国
罗耀武
李振灵
李志敬
陈书丽
杜卫长
田志高
张晓英
方旭东
王振
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Abstract

本实用新型公开了一种三分向双环钻孔变形计，包括固定架及沿轴向间隔设置在固定架上带有电阻片应变计的多个圆钢环，在所述圆钢环上沿径向对称设置有一对钢柱塞触头，在圆钢环外侧设置有变形计外壳，所述钢柱塞触头延伸至变形计外壳的外侧，所述圆钢环分三组设置，每组圆钢环为并列分布的两个，相邻圆钢环组的钢柱塞触头连线间的夹角α为60°本实用新型优点在于采用了三分向双环结构的变形计，在进行测量时此变形计运用了平均数据，更能真实反映岩体变形；在裂隙、节理稍多的岩体中比传统的四分向钢环式钻孔变形计更加便捷、实用，测试成功一段就能获得本平面应力的有效数据，也可以有效减少测段，进而减少钻机工作量。

Description

三分向双环钻孔变形计
技术领域
本实用新型涉及岩体应力测试设备，尤其是涉及一种三分向双环钻孔变形计。
背景技术
目前，在水利水电工程岩石试验中，孔径变形法岩体应力测试有压磁应力计和四分向环式变形计法，其中四分向环式孔径变形法测试系统构成主要是静态电阻应变仪和四分向钢环式钻孔变形计（以下简称“变形计”），利用变形计测量岩体内某点的应变大小和方向。应用时，在钻孔内的探头上粘贴有4个薄壁钢环（电阻应变片）感应元件，变形计是由感应元件通过触头与钻孔岩壁紧密接触来接受孔径变形信号，由应变计测量变形变化量，然后根据率定曲线换算为孔径变形，此种测量法是利用感应元件安装在变形计的内部，不与钻孔岩壁直接接触，因此变形计可在室内预先安装，不仅在现场操作简便，可以重复使用，而且测量元件具有良好的线性、稳定性及防水性能，且变形计灵敏度高。
但是四分向环式孔径变形法的应力测量是建立在弹性理论的基础上，而岩体为裂隙介质，并非理想的弹性体，如果岩体完整或比较完整而应力又不太高时，岩体介质可作线弹性体假设，测量时根据被钻进切割的岩芯的弹性恢复（应变或变形）来计算地应力大小和方向。
四分向钢环式钻孔变形计的结构元件主要是贴有电阻片应变计的圆钢环，4个圆钢环放置在钢环固定架上，4个钢环分别呈45°夹角，试验时每对钢柱塞触头，一端压在钢环上，另一端伸出元件的外套与小孔径钻孔孔壁紧密接触，钢环受力变形，通过解除岩芯前后的变形或应变差值获取四个变形量，由此可以计算出岩体中钻孔横截面上平面主应力大小和方向。
测试所用变形计上的钢环各互成45°，在解除时测得                                                
Figure 956095DEST_PATH_IMAGE001
，如果变形计钢环为0°、45°、90°三个方向测得的
Figure 448256DEST_PATH_IMAGE002
，则可以计算垂直于钻孔平面的主应力的大小和方向，其平面应力计算公式为：
Figure 752198DEST_PATH_IMAGE003
Figure 27322DEST_PATH_IMAGE004
Figure 228715DEST_PATH_IMAGE005
（判别式）
式中：——垂直于钻孔平面的最大和最小主应力，MPa；
Figure 479754DEST_PATH_IMAGE007
——
Figure 122350DEST_PATH_IMAGE008
与之间夹角，当判别式小于0时，则为
Figure 454291DEST_PATH_IMAGE008
与之间的夹角；
Figure 412069DEST_PATH_IMAGE011
——岩石弹性模量，MPa；
Figure 764553DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 270883DEST_PATH_IMAGE013
、——0°、45°、90°三个方向的变形，mm。
由此可见有三个圆钢环的测量值可以测出一个平面应力，而不在同一平面上的三个平面应力可以测定三维应力状态，得到空间应力状态的6个应力分量σ x 、σ y 、σ z 、τ xy 、τ yz 和τ zx 。
但是本方法存在的问题是四分向钢环式钻孔变形计一测段得到四个变形，任意三个变形组合均可得到本测段的平面应力，即是一测段可得四个本测段的平面应力，但同一段的平面应力数据有时差别较大，从而需要进行多测段测试，大大增加了钻机工作量。
发明内容
本实用新型目的在于提供一种便捷实用，测试成功一段就能获得本平面应力有效数据的三分向双环钻孔变形计。
为实现上述目的，本实用新型可采取下述技术方案：
本实用新型所述的三分向双环钻孔变形计，包括固定架及沿轴向间隔设置在固定架上带有电阻片应变计的多个圆钢环，在所述圆钢环上沿径向对称设置有一对钢柱塞触头，在圆钢环外侧设置有变形计外壳，所述钢柱塞触头延伸至变形计外壳的外侧，所述圆钢环分三组设置，每组圆钢环为并列分布的两个，相邻圆钢环组的钢柱塞触头连线间的夹角α为60°
本实用新型优点在于采用了三分向双环结构的变形计，在进行测量时此变形计运用了平均数据，更能真实反映岩体变形；在裂隙、节理稍多的岩体中比传统的四分向钢环式钻孔变形计更加便捷、实用，测试成功一段就能获得本平面应力的有效数据，也可以有效减少测段，进而减少钻机工作量。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是图1的A-A断面结构示意图。
图3是本实用新型的钢柱塞触头分布示意图。
具体实施方式
如图1、2、3所示，本实用新型所述的三分向双环钻孔变形计，包括固定架1及沿轴向间隔设置在固定架1上带有电阻片应变计的多个圆钢环2，及设置在固定1尾部的锥形卡紧器5和与电缆6，在所述圆钢环2上沿径向对称设置有一对钢柱塞触头3，在圆钢环2外侧设置有变形计外壳4，所述钢柱塞触头3延伸至变形计外壳4的外侧，所述圆钢环2分三组设置，每组圆钢环2为并列分布的两个，相邻圆钢环组的钢柱塞触头3连线间的夹角α为60。
在使用时，首先对测试的数据采用两个原则进行分析筛选：
（1）测试断面解除过程中是否满足或接近解除深度h与释放应变ε典型曲线形式。
（2）每个测试段中测得3组结果，
Figure 254068DEST_PATH_IMAGE015
结果相近，目的在于满足本测段的前提条件岩体为均质弹性体，两个结果相差较大则该段测试结果舍去。
为更好的反映本测段的测试数据，用作为
Figure 902404DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 391417DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 678041DEST_PATH_IMAGE019
，由应变分析和应力分析理论知，可按下列公式计算主应力和主方向：
Figure 739538DEST_PATH_IMAGE020
Figure 86206DEST_PATH_IMAGE021
三分向双环钻孔变形计运用了平均数据，避免了同一段的平面应力数据有时差别较大的问题，更能真实反映岩体变形；尤其在裂隙、节理稍多的岩体中比传统的四分向钢环式钻孔变形计更加便捷实用，测试成功一段就能获得本平面应力的有效数据，也可以有效减少测段，进而减少钻机工作量。

Claims (1)

1.一种三分向双环钻孔变形计，包括固定架（1）及沿轴向间隔设置在固定架（1）上带有电阻片应变计的多个圆钢环（2），在所述圆钢环（2）上沿径向对称设置有一对钢柱塞触头（3），在圆钢环（2）外侧设置有变形计外壳（4），所述钢柱塞触头（3）延伸至变形计外壳（4）的外侧，其特征在于：所述圆钢环（2）分三组设置，每组圆钢环（2）为并列分布的两个，相邻圆钢环组的钢柱塞触头（3）连线间的夹角α为60°。
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