CN207439585U - 一种局部壁面应力解除法仪器室内实验平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种局部壁面应力解除法仪器室内实验平台，其中，所述局部壁面应力解除法仪器室内实验平台包括基座和垂直固定于所述基座上的框架，所述框架的内顶壁固定有第一平衡垫块，所述框架的内底壁固定有千斤顶，所述千斤顶的上端固定有第二平衡垫块，待测岩体通过所述第一平衡垫块和第二平衡垫块夹紧，所述框架的侧壁上还可拆卸地固定有沿竖直方式设置的套筒，所述套筒的侧壁设置有通孔，所述通孔与所述待测岩体位置相对应，所述套筒内设置有地应力机器人设备；该设备能够确保测点的地应力测量工作在相对较小的岩体范围内完成，避免因岩体性质的非均质性要素对测量结果的影响，提高了测试成果的可靠性。

Description

一种局部壁面应力解除法仪器室内实验平台

技术领域

本实用新型涉及岩土力学测量技术领域，具体地，涉及一种局部壁面应力解除法仪器室内实验平台。

背景技术

页岩气是一种蕴藏丰富、清洁高效的非常规天然气资源。针对当前页岩气勘查开发在区域上尚未取得规模突破的现状，开展科技攻关和勘查示范，促进多领域、多类型页岩气勘查开发重大突破，推动页岩气储量探明和产能建设，为完成国家“十三五”页岩气规划目标提供资源基础和技术保障。不仅与开采页岩气紧密相关，深部地应力测量与研究，以及垂直深钻孔地应力测量新方法、新技术的发展和新仪器的研制与地应力长期监测也是研究地震学、地震发生机制和地震预报方面极其重要的研究课题。因此，研究地壳上层这些部位的岩体初始地应力状态，研制具有独立自主知识产权和最先进原理的、可用于垂直深钻孔的地应力测井专用装置实在是国家的急需，也是为了追求深钻孔地应力测量方面达到世界领先的宏伟目标的需要。

岩石介质有别于其他材料的重要特性之一就是在其内部赋存有内应力，这主要是由岩体自重和地质历史上地壳构造运动引起并残留至今的构造应力等多种因素导致的。地应力是对岩体中存在的内应力的统称，工程岩体的这种力学状态不仅是客观存在的，而且其大小和方向也是因地而异的。地应力测量与研究及其应用已遍及水利水电、矿业工程、油气资源开采、交通行业等诸领域内的岩石工程设计和稳定性评价工作，可以说，地应力是岩石力学与工程设计和计算分析必不可少的基本数据资料之一。国内外针对未受工程扰动区影响的原位初始地应力状态的测量方法及其相关测试技术的研究已有80余年的历史，在已提出的众多地应力测量方法中，在岩石力学与工程领域里尤以钻孔应力解除法的应用最为普遍，其测试技术发展得也相对比较成熟和完善。尽管如此，钻孔应力解除法地应力测量方法本身实际应用过程中仍然存在着一定的局限性，特别是在三维地应力测量方面尤为如此。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种局部壁面应力解除法仪器室内实验平台，该设备能够确保测点的地应力测量工作在相对较小的岩体范围内完成，避免因岩体性质的非均质性要素对测量结果的影响，提高了测试成果的可靠性。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种局部壁面应力解除法仪器室内实验平台，所述局部壁面应力解除法仪器室内实验平台包括基座和垂直固定于所述基座上的框架，所述框架的内顶壁固定有第一平衡垫块，所述框架的内底壁固定有千斤顶，所述千斤顶的上端固定有第二平衡垫块，待测岩体通过所述第一平衡垫块和第二平衡垫块夹紧，所述框架的侧壁上还可拆卸地固定有沿竖直方式设置的套筒，所述套筒的侧壁设置有通孔，所述通孔与所述待测岩体位置相对应，所述套筒内设置有地应力机器人设备。

优选地，所述框架包括分别垂直固定在所述基座上的两个纵梁，两个所述纵梁的上端和两个所述纵梁的下端分别通过横梁连接，所述第一平衡垫块固定在位于上方的所述横梁的下表面，所述千斤顶固定在位于下方的所述横梁的上表面。

优选地，所述纵梁上可拆卸地固定有沿水平方向设置的支架，所述套筒的下端固定有托架，所述托架可拆卸地固定在所述支架上。

优选地，所述支架和所述纵梁通过螺丝连接，所述托架和所述支架通过螺丝连接。

优选地，所述纵梁表面自上而下设置有多个螺纹孔，所述支架通过螺丝固定在所述螺纹孔上。

优选地，所述第一平衡垫块为矩形块结构，所述第二平衡垫块由自上而下顺次连接的矩形块结构和圆柱体组成。

本实用新型还提供了一种利用上述的局部壁面应力解除法仪器室内实验平台进行钻孔局部壁面应力解除法测量的方法，所述方法包括：

1)将地应力机器人设备放入套筒中，将待测岩体放置在第一平衡垫块和第二平衡垫块之间，并通过千斤顶夹紧；

2)通过地应力机器人设备对待测岩体的侧边进行磨平；

3)在磨平后的待测岩体的侧边上选择直径为30-40mm的圆形面，并在圆形面上粘接四分量应变丛，每个四分量应变丛的应变片相互呈45°角；

4)待四分量应变丛固结后，利用地应力机器人设备沿上述圆形面进行环切钻进作业，钻孔的深度为40-60mm，通过与四分量应变丛相连的应变仪进行数据记录；

5)待孔壁壁面变形稳定后停止环切钻进作业，在钻孔的孔底的侧壁上布置1-2组应变丛，通过与应变丛相连的应变仪进行数据记录。

优选地，在步骤(5)中，当钻孔的孔底的侧壁上布置的应变丛为2组时，2组应变丛在钻孔轴线间的夹角为110°～130°。

根据上述技术方案，本实用新型提供了一种局部壁面应力解除法仪器室内实验平台，所述局部壁面应力解除法仪器室内实验平台包括基座和垂直固定于所述基座上的框架，所述框架的内顶壁固定有第一平衡垫块，所述框架的内底壁固定有千斤顶，所述千斤顶的上端固定有第二平衡垫块，待测岩体通过所述第一平衡垫块和第二平衡垫块夹紧，所述框架的侧壁上还可拆卸地固定有沿竖直方式设置的套筒，所述套筒的侧壁设置有通孔，所述通孔与所述待测岩体位置相对应，所述套筒内设置有地应力机器人设备；该设备在侧壁开孔，与套筒开孔联通，从该孔中伸出机械臂可以完成粘贴应变片以及实验试块取芯的工作。该设备能够确保测点的地应力测量工作在相对较小的岩体范围内完成，避免因岩体性质的非均质性要素对测量结果的影响，提高了测试成果的可靠性。

本实用新型的其他特征和优点：

1.本方法让该地应力机器人设备测试地应力的过程能够在室内较小的空间内方便直观的演示。

2.本方法以千斤顶加压于试块，模拟地下围岩受力情况，充分利用了被解除应力的岩芯较短、易于实施的优势。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型提供的局部壁面应力解除法仪器室内实验平台的第一种状态结构图；

图2是本实用新型提供的局部壁面应力解除法仪器室内实验平台的第二种状态结构图。

附图标记说明如下：

1-套筒 2-托架

3-支架 4-基座

5-框架 6-第一平衡垫块。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，“竖直方法、水平方向”等包含在术语中的方位词仅代表该术语在常规使用状态下的方位，或为本领域技术人员理解的俗称，而不应视为对该术语的限制。

如图1和图2所示：本实用新型提供了一种局部壁面应力解除法仪器室内实验平台，所述局部壁面应力解除法仪器室内实验平台包括基座4和垂直固定于所述基座4上的框架5，所述框架5的内顶壁固定有第一平衡垫块6，所述框架5的内底壁固定有千斤顶，所述千斤顶的上端固定有第二平衡垫块，待测岩体通过所述第一平衡垫块6和第二平衡垫块夹紧，所述框架5的侧壁上还可拆卸地固定有沿竖直方式设置的套筒1，所述套筒1的侧壁设置有通孔，所述通孔与所述待测岩体位置相对应，所述套筒1内设置有地应力机器人设备。该设备和方法能够确保测点的地应力测量工作在相对较小的岩体范围内完成，避免因岩体性质的非均质性要素对测量结果的影响，提高了测试成果的可靠性。

在本实用新型的一种优选的实施方式中，为了更好的固定待测岩体，提高测量结果的准确性，所述框架5包括分别垂直固定在所述基座4上的两个纵梁，两个所述纵梁的上端和两个所述纵梁的下端分别通过横梁连接，所述第一平衡垫块6固定在位于上方的所述横梁的下表面，所述千斤顶固定在位于下方的所述横梁的上表面。

在本实用新型的一种优选的实施方式中，为了更好的固定待测岩体，提高测量结果的准确性，所述纵梁上可拆卸地固定有沿水平方向设置的支架3，所述套筒1的下端固定有托架2，所述托架2可拆卸地固定在所述支架3上。

在本实用新型的一种优选的实施方式中，为了方便套筒1的安装和拆卸，所述支架3和所述纵梁通过螺丝连接，所述托架2和所述支架3通过螺丝连接。

在本实用新型的一种优选的实施方式中，为了方便套筒1相对框架5的位置，方便对岩体进行测量，所述纵梁表面自上而下设置有多个螺纹孔，所述支架3通过螺丝固定在所述螺纹孔上。

在本实用新型的一种优选的实施方式中，为了更好的固定待测岩体，提高测量结果的准确性，所述第一平衡垫块6为矩形块结构，所述第二平衡垫块由自上而下顺次连接的矩形块结构和圆柱体组成。

本实用新型还提供了一种利用上述的局部壁面应力解除法仪器室内实验平台进行钻孔局部壁面应力解除法测量的方法，所述方法包括：

1、将地应力机器人设备放入套筒1(这里的套筒的直径为168mm)中，将待测岩体(待测岩体选取平整的方形大理岩试块)放置在第一平衡垫块6和第二平衡垫块之间，并通过千斤顶夹紧；

2、通过地应力机器人设备侧壁开孔伸出的机械手对待测岩体的侧边进行磨平；

3、在磨平后的待测岩体的侧边上选择直径为30-40mm的圆形面，并在圆形面上粘接四分量应变丛，每个四分量应变丛的应变片相互呈45°角；

4、待四分量应变丛固结后，利用地应力机器人设备沿上述圆形面进行环切钻进作业(进行应力解除作业)，钻孔的深度为40-60mm，通过与四分量应变丛相连的应变仪进行数据记录(得到至少四个不同方向的正应变变化值)；

5、待孔壁壁面变形稳定后停止环切钻进作业，在钻孔的孔底的侧壁上布置1-2组应变丛(钻孔的孔底的侧壁上布置的应变丛为2组时，2组应变丛在钻孔轴线间的夹角为110°～130°)，通过与应变丛相连的应变仪进行数据记录(得到两组八个不同方向的孔壁正应变值，再加上孔底应变测量值，提高三维地应力的测量精度)。在完成测量后，根据侧壁壁面的应力解除作业获得的不同方向的正应变变化值，得到不少于六个独立方程组成的线性方程组，已知测点岩石材料的弹性模量和泊松比，通过最小二乘法求解得到测点的六个地应力分量，获得了测点的三维地应力。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (6)

1.一种局部壁面应力解除法仪器室内实验平台，其特征在于，所述局部壁面应力解除法仪器室内实验平台包括基座(4)和垂直固定于所述基座(4)上的框架(5)，所述框架(5)的内顶壁固定有第一平衡垫块(6)，所述框架(5)的内底壁固定有千斤顶，所述千斤顶的上端固定有第二平衡垫块，待测岩体通过所述第一平衡垫块(6)和第二平衡垫块夹紧，所述框架(5)的侧壁上还可拆卸地固定有沿竖直方式设置的套筒(1)，所述套筒(1)的侧壁设置有通孔，所述通孔与所述待测岩体位置相对应，所述套筒(1)内设置有地应力机器人设备。

2.根据权利要求1所述的局部壁面应力解除法仪器室内实验平台，其特征在于，所述框架(5)包括分别垂直固定在所述基座(4)上的两个纵梁，两个所述纵梁的上端和两个所述纵梁的下端分别通过横梁连接，所述第一平衡垫块(6)固定在位于上方的所述横梁的下表面，所述千斤顶固定在位于下方的所述横梁的上表面。

3.根据权利要求2所述的局部壁面应力解除法仪器室内实验平台，其特征在于，所述纵梁上可拆卸地固定有沿水平方向设置的支架(3)，所述套筒(1)的下端固定有托架(2)，所述托架(2)可拆卸地固定在所述支架(3)上。

4.根据权利要求3所述的局部壁面应力解除法仪器室内实验平台，其特征在于，所述支架(3)和所述纵梁通过螺丝连接，所述托架(2)和所述支架(3)通过螺丝连接。

5.根据权利要求4所述的局部壁面应力解除法仪器室内实验平台，其特征在于，所述纵梁表面自上而下设置有多个螺纹孔，所述支架(3)通过螺丝固定在所述螺纹孔上。

6.根据权利要求5所述的局部壁面应力解除法仪器室内实验平台，其特征在于，所述第一平衡垫块(6)为矩形块结构，所述第二平衡垫块由自上而下顺次连接的矩形块结构和圆柱体组成。