CN210768587U - 旁压试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种旁压试验装置，应用在地质勘探的技术领域，其技术方案要点是：包括探头本体、加压机构和用于检测探头本体外周土体变形时产生的旁压数据信号的信号检测设备，探头本体包括钢管和套设在钢管外侧的弹性膜，钢管和弹性膜之间形成密封的腔体，钢管内设有用于朝向腔体内充气的管道，加压机构与管道相连并通过管道朝向腔体内充气和加压，钢管的底端转动连接有钻头，钢管内设有与电机的输出端同轴相连的转动轴，转动轴远离电机的一端与钻头同轴相连。本实用新型具有的技术效果是：便于操作者在探头本体伸入预钻孔的过程中遇到碎石时启动电机驱动钻头将碎石排开，以保证探头本体继续伸入到指定标高进行测试。
Description
技术领域
本实用新型涉及地质勘探的技术领域，特别涉及一种旁压试验装置。
背景技术
在地质勘探中，旁压试验是一种原位水平荷载测试试验，旁压试验的基本原理是利用钻头在测试地层形成预钻孔，然后将旁压仪探头放至旁压试验孔，向旁压器探头内注入水，使得旁压器探头弹性膜向外扩张挤压周边的土层，通过旁压器的膨胀使孔壁土体(软岩)变形，从而确定土体在水平方向上的应力应变关系，根据这种关系可测得土体的承载力。
公开号为CN108756865A的中国专利公开了一种高压单腔式旁压仪探头，包括空心钢管和圆柱形橡胶膜，空心钢管上焊接着相对的两个刚性圆环片，空心钢管穿过橡胶膜，橡胶膜两端分别粘接于两刚性圆环片内端面，空心钢管与橡胶膜之间形成测量腔，橡胶膜外壁上粘接着若干竖直的条状钢片，所有钢片两端均于橡胶膜的两端设有折弯部，空心钢管两端均螺纹连接一拼帽，两拼帽分别压紧两刚性圆环片，所有钢片两端的折弯部向上抵住拼帽，空心钢管内设有与测量腔连通的水管路，通过水管路对测量腔内注水，测量测量腔内压力。
但在实际勘探现场条件复杂，在将该高压单腔式旁压仪探头放入预钻孔中时，由于空心钢管不能提供向下的推力，使得空心管在朝向预钻孔内伸入的过程中极有可能被部分碎石卡住，使得旁压器探头难以顺利放入指定标高，难以满足测量的需求。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种旁压试验装置，其优点是：减少了探头本体在伸入到预钻孔的过程中因遇到碎石而难以顺利的伸入到指定标高的可能，有利于满足测量的需求。
本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种旁压试验装置，包括探头本体、加压机构和用于检测探头本体外周土体变形时产生的旁压数据信号的信号检测设备，所述探头本体包括钢管和套设在钢管外侧的弹性膜，所述钢管和弹性膜之间形成密封的腔体，所述钢管内设有用于朝向腔体内充气的管道，所述加压机构与管道相连并通过管道朝向腔体内充气和加压，所述钢管的底端转动连接有钻头，所述钢管的上方且在土体的上方设有电机，土体上方设有用于支撑所述电机)的支撑架，所述钢管内设有与电机的输出端同轴相连的转动轴，所述转动轴远离电机的一端与钻头同轴相连。
通过上述技术方案，进行旁压试验时，操作者将探头本体伸入到预钻孔内，当探头本体在伸入的过程中遇到碎石并被阻挡住时，操作者启动电机，电机的输出端带动转动轴旋转从而带动钻头旋转，钻头在下钻的过程中使得预钻孔底部的碎石被推开并带动探头本体继续向下钻，直至探头本体达到指定标高。然后操作者启动加压机构朝向钢管和弹性膜之间的腔体内加压和充气，此时弹性膜被气体撑开膨胀，使得弹性膜外周的土体被挤压变形，然后操作者根据信号检测设备接收的土体变形时产生的旁压数据信号分析得出土体的承载力。这样设置，便于探头本体在向下伸入的过程中遇到碎石时，通过钻头将碎石推开，减少了预钻孔的孔壁上的碎石掉落在预钻孔的孔底使得钻头难以伸入到指定标高进行旁压试验的可能，满足了试验的需求。
本实用新型进一步设置为：所述钻头朝向钢管的一端固接有一截圆柱体，所述圆柱体的外径大小与钢管的外径大小相同，所述钻头设为椎体状，所述钢管内设有轴承，所述轴承的外圈固定连接在钢管的内壁上，所述转动轴与轴承的内圈以及圆柱体同轴相连。
通过上述技术方案，当钻头将预钻孔内的碎石推开时，圆柱体随着钻头一起将预钻孔内的碎石推开，使得位于钻头和钢管之间的预钻孔被清理干净，从而便于钢管继续往下伸入。
本实用新型进一步设置为：所述轴承的内圈背离外圈的一侧沿竖直方向开设有限位槽，所述转动轴的外侧沿轴向固接有卡接块，所述卡接块卡接在限位槽内，所述转动轴朝向圆柱体的一端固接有纵截面为匚形的连接片，匚形的所述连接片包围在圆柱体背离钻头的一端并通过螺钉螺纹连接在圆柱体的外侧壁上，所述转动轴远离圆柱体的一端固接有限位杆，所述限位杆与钢管远离圆柱体一端的端部相抵触。
通过上述技术方案，当钻头经过长期的使用发生损坏需要更换时，操作者将螺钉从连接片和圆柱体上拧下，然后将圆柱体和钻头与转动轴拆开，并将新的圆柱体和钻头与转动轴安装在一起。与圆柱体相连的钻头和与转动轴相连的连接片之间采用可拆卸连接的方式，便于操作者对钻头进行更换，操作简单便捷。
本实用新型进一步设置为：所述钢管沿竖直方向的两端的外侧沿外周开设有凹槽，所述弹性膜的外侧围设有两个圆弧形的抱箍片，两个所述抱箍片完全限制在凹槽内，两个所述抱箍片通过螺栓和螺母的配合固定连接，所述弹性膜被夹紧在抱箍片和凹槽之间。
通过上述技术方案，安装时，操作者将弹性膜套设在钢管的外周，然后操作者将两个抱箍片围设在弹性膜的外侧壁并对应限制在钢管外侧的凹槽内，然后将螺栓同时穿设过两个抱箍片，并将螺母螺纹拧紧在螺栓上，从而使得两个抱箍片将弹性膜夹紧在钢管外侧。当弹性膜发生损坏时，操作者将螺母从螺栓上拧下，并将螺栓从两个抱箍片上取下，然后将两个抱箍片从钢管的外侧取下，并将损坏的弹性膜从钢管的外侧取下并更换上新的弹性膜。这样设置，便于操作者对弹性膜进行安装或更换，操作简单便捷。
本实用新型进一步设置为：所述凹槽的槽口的宽度与抱箍片的宽度相同，所述凹槽沿水平方向的槽壁与抱箍片沿竖直方向两端的端部相切，所述抱箍片卡接在凹槽内。
通过上述技术方案，当操作者通过抱箍片将弹性膜抱紧在钢管外侧的凹槽内时，抱箍片沿竖直方向两端的端部与凹槽的槽壁相切，使得弹性膜被夹紧在抱箍片的端部和凹槽的槽壁之间，减少了因抱箍片和槽壁之间存在间隙而使得弹性膜和凹槽的接缝处容易出现漏气现象的可能，有利于保证弹性膜和凹槽之间连接的紧密性，从而保证了弹性膜内的气密性。
本实用新型进一步设置为：所述抱箍片朝向弹性膜的一侧固接有橡胶层，所述橡胶层背离抱箍片的一侧抵触在弹性膜上。
通过上述技术方案，当两个抱箍片抱紧固定时，抱箍片朝向弹性膜一侧的橡胶层被挤压并抵触在弹性膜上，此时橡胶层弹性恢复并对弹性膜提供一个抵紧力，使得抱箍片和弹性膜之间的间隙被填充满，增强了弹性膜和抱箍片之间连接的紧密性。
本实用新型进一步设置为：所述钢管的外侧设有多个横截面为圆弧形的隔离片，多个所述隔离片将弹性膜包围在中间，所述钢管沿长度方向的两端沿外周分别固接有第一安装板和第二安装板，所述第二安装板和第一安装板上均开设有卡接槽，所述隔离片穿设过第一安装板并嵌入在第二安装板的卡接槽内，所述隔离片和卡接槽过盈配合。
通过上述技术方案，在将探头本体伸入到预钻孔内进行检测时，多个隔离片围设在弹性膜的外周并与预钻孔的内壁产生摩擦，待探头本体伸入到指定的测量高度时，操作者将隔离片从第二安装板上的卡接槽内拔出，并从第一安装板上抽离，然后再进行旁压试验。隔离片的设置，减少了探头本体在伸入到预钻孔内的过程中弹性膜直接与预钻孔的孔壁接触摩擦，如果预钻孔的孔壁上存在碎石则容易对弹性膜造成损坏的可能，对弹性膜起到了保护作用，有利于延长弹性膜的使用寿命。
本实用新型进一步设置为：所述弹性膜设有两层。
通过上述技术方案，两层弹性膜的设置，起到了备用的效果，减少了当其中一层弹性膜发生损坏时无法进行旁压试验的可能。
综上所述，本实用新型具有以下有益效果：
1.保证了探头本体在伸入到预钻孔内时遇到碎石阻挡时，也能顺利的伸入到指定标高进行测试，满足了测量的需求；
2.便于操作者在弹性膜发生损坏时将弹性膜从钢管外侧拆卸下来进行更换。
附图说明
图1是本实施例中用于体现探头本体伸入预钻孔内的结构示意图。
图2是图1中A部的放大图。
图3是本实施例中用于体现钻头本体、加压机构以及信号检测设备的结构示意图。
图4是图3中B部的放大图。
图5是本实施例中用于体现抱箍片、弹性膜和钢管的连接关系的示意图。
图6是本实施例用于体现轴承内圈上的限位槽和转动轴上的卡接块的结构示意图。
附图标记：1、探头本体；3、气泵；4、信号检测设备；5、连接线；6、钢管；7、弹性膜；8、腔体；9、管道；10、钻头；11、转动轴；12、圆柱体；13、轴承；14、限位槽；15、卡接块；16、连接片；17、螺钉；18、限位杆；19、凹槽；20、抱箍片；21、螺栓；22、螺母；23、橡胶层；24、隔离片；25、第一安装板；26、第二安装板；27、卡接槽；28、电机；29、预钻孔；30、土体；31、支撑架。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
实施例：一种旁压试验装置，参考图1和图2，包括探头本体1、加压机构和用于检测探头本体1外周土体30变形时产生的旁压数据信号的信号检测设备4，加压机构包括一个气泵3。探头本体1包括钢管6和套设在钢管6外侧的弹性膜7，钢管6和弹性膜7之间形成密封的腔体8。钢管6内设有用于朝向腔体8内充气的管道9，气泵3与管道9相连并通过管道9朝向腔体8内充气和加压，信号检测设备4的检测端通过连接线5伸入到腔体8内与弹性膜7的内壁相连。
参考图1和图2，测量时，操作者将探头本体1伸入到预钻孔29内的指定标高，然后操作者启动气泵3朝向腔体8内充气并加压，气体使得弹性膜7膨胀从而对弹性膜7外周的土体30产生作用力，使得弹性膜7外周的土体30被挤压变形，信号检测设备4接收的土体30变形时产生的旁压数据信号，然后操作者根据信号检测设备4测得的数据分析得出土体30的承载力。
参考图3和图4，钢管6的沿竖直方向的两端的外侧沿外周开设有凹槽19，弹性膜7的外侧围设有两个圆弧形的抱箍片20，凹槽19的槽口的宽度与抱箍片20的宽度相同。安装弹性膜7时，操作者将弹性膜7套设在钢管6的外周，再将两个抱箍片20围设在弹性膜7的外侧壁并对应卡接在钢管6外侧的凹槽19内，此时抱箍片20沿竖直方向的两端分别与凹槽19沿水平方向的槽壁相切。然后操作者将螺栓21同时穿设过两个抱箍片20，并将螺母22螺纹拧紧在螺栓21上，从而使得两个抱箍片20将弹性膜7夹紧在钢管6外侧。
参考图4，抱箍片20朝向弹性膜7的一侧粘接有一层橡胶层23（图5），当两个抱箍片20将弹性膜7夹紧固定在凹槽19内时，橡胶层23背离抱箍片20的一侧被挤压并抵触在弹性膜7上，此时橡胶层23弹性恢复并对弹性膜7提供一个抵紧力，增强了弹性膜7与钢管6的凹槽19和抱箍片20之间连接的紧密性，从而提高了了弹性膜7和钢管6之间的腔体8内的气密性。当弹性膜7出现损坏时，操作者将螺母22从螺栓21上拧下，并将螺栓21从两个抱箍片20上取下，然后将两个抱箍片20从钢管6的外侧取下，并将损坏的弹性膜7从钢管6的外侧取下并更换上新的弹性膜7，操作简单便捷。在本实施例中，弹性膜7共设有两层，两层弹性膜7贴合着设置。当其中一层弹性膜7发生损坏时，另一层弹性膜7起到了备用的作用，从而保证旁压试验的顺利进行。
参考图3和图4，钢管6的外侧设有三个横截面为圆弧形的隔离片24，隔离片24的厚度为1mm，钢管6沿长度方向的两端沿外周分别焊接有第一安装板25和第二安装板26，第一安装板25和第二安装板26的外径比钢管6的外径大3mm，第二安装板26朝向第一安装板25上均开设有卡接槽27，卡接槽27与隔离片24过盈配合。在将探头本体1伸入到预钻孔29内进行测试之前，操作者依次将三个隔离片24穿设过第一安装板25并嵌入在第二安装板26的卡接槽27内，使得三个隔离片24将弹性膜7包围在中间。
参考图1和图2，探头本体1伸入到预钻孔29内进行检测时，围设在弹性膜7的外周的隔离片24与预钻孔29的内壁产生摩擦，使得弹性膜7与预钻孔29的内壁隔开，减少了弹性膜7直接与预钻孔29的孔壁接触摩擦，如果预钻孔29的孔壁上存在碎石则容易对弹性膜7造成损坏的可能，隔离片24对弹性膜7起到了保护作用。待探头本体1伸入到指定的测量高度时，操作者将隔离片24从第二安装板26上的卡接槽27内拔出，并从第一安装板25（图3）上抽离，然后再进行旁压试验，操作简单便捷。
参考图1和图2，土体30上在钢管6的上方设有一个电机28以及用于支撑电机28的支撑架31，电机28的输出端穿设过支撑架31并支撑在支撑架31上。钢管6的底端转动连接有椎体状的钻头10，钻头10朝向钢管6的一端焊接有一截圆柱体12，圆柱体12的外径大小与钢管6的外径大小相同。钢管6内靠近钻头10一端设有一个轴承13，轴承13的外圈焊接在钢管6的内壁上，轴承13的内圈内穿设一个与电机28的输出端同轴相连的转动轴11，轴承13的内圈背离外圈的一侧沿竖直方向开设有限位槽14（图6），转动轴11的外侧沿轴向焊接有卡接块15（图6），卡接块15卡接在限位槽14内，转动轴11与轴承13的内圈以及圆柱体12同轴相连。
参考图1和图2，测试时，操作者将探头本体1伸入到预钻孔29内，当预钻孔29的孔壁上的碎石掉落到预钻孔29的孔底时，操作者启动电机28，电机28驱动转动轴11旋转并带动钻头10旋转并向下钻入，使得碎石被排开，圆柱体12随之向下伸入使得位于钻头10和钢管6之间的预钻孔29被排开，以便探头本体1伸入到指定标高再进行旁压试验，满足了测试的需求和测量结果的精准度。
参考图1和图2，转动轴11远离圆柱体12的一端焊接有限位杆18（图4），限位杆18与钢管6远离圆柱体12一端的端部相抵触。转动轴11朝向圆柱体12的一端焊接有纵截面为匚形的连接片16，匚形的连接片16包围在圆柱体12背离钻头10的一端并通过螺钉17螺纹连接在圆柱体12的外侧壁上。当钻头10经过长期的使用发生损坏需要更换时，操作者将螺钉17从连接片16和圆柱体12上拧下，然后将圆柱体12和钻头10与转动轴11拆开，并将新的圆柱体12和钻头10与转动轴11安装在一起。与圆柱体12相连的钻头10和与转动轴11相连的连接片16之间采用可拆卸连接的方式，便于操作者对钻头10进行更换，操作简单便捷。
操作步骤：进行旁压试验之前，操作者将三个隔离片24围设在弹性膜7的外周，接着将探头本体1伸入到预钻孔29内，当探头本体1在伸入的过程中被预钻孔29底部的碎石阻挡住时，操作者启动电机28驱动钻头10向下钻入，使得预钻孔29底部的碎石被排开从而保证探头本体1继续伸入至指定标高，电机28停止工作。然后操作者启动气泵3朝向腔体8内充气并加压，气体使得弹性膜7膨胀，从而使得弹性膜7外周的土体30被挤压变形，信号检测设备4接收的土体30变形时产生的旁压数据信号，然后操作者根据信号检测设备4测得的数据分析得出土体30的承载力。
本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种旁压试验装置，其特征在于：包括探头本体(1)、加压机构和用于检测探头本体(1)外周土体(30)变形时产生的旁压数据信号的信号检测设备(4)；
所述探头本体(1)包括钢管(6)和套设在钢管(6)外侧的弹性膜(7)，所述钢管(6)和弹性膜(7)之间形成密封的腔体(8)，所述钢管(6)内设有用于朝向腔体(8)内充气的管道(9)；
所述加压机构与管道(9)相连并通过管道(9)朝向腔体(8)内充气和加压，所述钢管(6)的底端转动连接有钻头(10)，所述钢管(6)的上方且在土体(30)的上方设有电机(28)，土体(30)上方设有用于支撑所述电机(28)的支撑架（31），所述钢管(6)内设有与电机(28)的输出端同轴相连的转动轴(11)，所述转动轴(11)远离电机(28)的一端与钻头(10)同轴相连。
2.根据权利要求1所述的旁压试验装置，其特征在于：所述钻头(10)朝向钢管(6)的一端固接有一截圆柱体(12)，所述圆柱体(12)的外径大小与钢管(6)的外径大小相同，所述钻头(10)设为椎体状，所述钢管(6)内设有轴承(13)，所述轴承(13)的外圈固定连接在钢管(6)的内壁上，所述转动轴(11)与轴承(13)的内圈以及圆柱体(12)同轴相连。
3.根据权利要求2所述的旁压试验装置，其特征在于：所述轴承(13)的内圈背离外圈的一侧沿竖直方向开设有限位槽(14)，所述转动轴(11)的外侧沿轴向固接有卡接块(15)，所述卡接块(15)卡接在限位槽(14)内，所述转动轴(11)朝向圆柱体(12)的一端固接有纵截面为匚形的连接片(16)，匚形的所述连接片(16)包围在圆柱体(12)背离钻头(10)的一端并通过螺钉(17)螺纹连接在圆柱体(12)的外侧壁上，所述转动轴(11)远离圆柱体(12)的一端固接有限位杆(18)，所述限位杆(18)与钢管(6)远离圆柱体(12)一端的端部相抵触。
4.根据权利要求1所述的旁压试验装置，其特征在于：所述钢管(6)沿竖直方向的两端的外侧沿外周开设有凹槽(19)，所述弹性膜(7)的外侧围设有两个圆弧形的抱箍片(20)，两个所述抱箍片(20)完全限制在凹槽(19)内，两个所述抱箍片(20)通过螺栓(21)和螺母(22)的配合固定连接，所述弹性膜(7)被夹紧在抱箍片(20)和凹槽(19)之间。
5.根据权利要求4所述的旁压试验装置，其特征在于：所述凹槽(19)的槽口的宽度与抱箍片(20)的宽度相同，所述凹槽(19)沿水平方向的槽壁与抱箍片(20)沿竖直方向两端的端部相切，所述抱箍片(20)卡接在凹槽(19)内。
6.根据权利要求4所述的旁压试验装置，其特征在于：所述抱箍片(20)朝向弹性膜(7)的一侧固接有橡胶层(23)，所述橡胶层(23)背离抱箍片(20)的一侧抵触在弹性膜(7)上。
7.根据权利要求1所述的旁压试验装置，其特征在于：所述钢管(6)的外侧设有多个横截面为圆弧形的隔离片(24)，多个所述隔离片(24)将弹性膜(7)包围在中间，所述钢管(6)沿长度方向的两端沿外周分别固接有第一安装板(25)和第二安装板(26)，所述第二安装板(26)和第一安装板(25)上均开设有卡接槽(27)，所述隔离片(24)穿设过第一安装板(25)并嵌入在第二安装板(26)的卡接槽(27)内，所述隔离片(24)和卡接槽(27)过盈配合。
8.根据权利要求1所述的旁压试验装置，其特征在于：所述弹性膜(7)设有两层。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112834344A (zh) * | 2021-01-18 | 2021-05-25 | 三峡大学 | 一种固液混合的磁动力旁压仪装置及检测方法 |
| CN113155627A (zh) * | 2021-04-08 | 2021-07-23 | 青岛海洋地质研究所 | 含水合物沉积物旁压特性室内模拟装置及方法和应用 |
| US11761864B2 (en) | 2021-12-17 | 2023-09-19 | Saudi Arabian Oil Company | Thick-wall cylinder experiment setup for wellbore stability analysis |
| CN117365275A (zh) * | 2023-11-02 | 2024-01-09 | 中国科学院地理科学与资源研究所 | 一种浅土层的液力自钻式旁压设备及使用方法 |
-
2019
- 2019-09-21 CN CN201921582650.6U patent/CN210768587U/zh not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN113155627A (zh) * | 2021-04-08 | 2021-07-23 | 青岛海洋地质研究所 | 含水合物沉积物旁压特性室内模拟装置及方法和应用 |
| US11761864B2 (en) | 2021-12-17 | 2023-09-19 | Saudi Arabian Oil Company | Thick-wall cylinder experiment setup for wellbore stability analysis |
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