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原文传递基于钻孔压水作用的岩体松动圈测试方法

专利名称：	基于钻孔压水作用的岩体松动圈测试方法
摘要：	本发明属于岩体破坏范围及渗透性测定技术领域,公开了基于钻孔压水作用的岩体松动圈测试方法,该测试方法所用的观测仪包括测试探头、钻机、钻杆、控制操作台。测试探头包括前部封堵器、中部封堵器、尾部封堵器、转换器和连通管，封堵器包括漏水管、连接在漏水管两端的接头和橡胶囊，橡胶囊包绕在漏水管外围，与漏水管之间形成一封堵空腔，外界水源注入所述封堵空腔起胀橡胶囊，与钻孔形成注水空腔。该测试装置可以利用封堵高压水源向观测低压水源的转换，实现同一水源下封堵过程和测试过程在各自的压力下工作，减少钻孔内管道为一根，消除钻杆与软管的缠绕问题，提高压力转换稳定性和每次推进测量效率。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	辽宁;21
申请人：	大连理工大学
发明人：	宋文成;梁正召;武娜;李根;马克;张轩;郎颖娴
专利状态：	有效
发布日期：	2019-01-01T00:00:00+0800
申请号：	CN201810376008.6
公开号：	CN108613909A
代理机构：	大连理工大学专利中心 21200
代理人：	温福雪;侯明远
分类号：	G01N15/08(2006.01)I;G;G01;G01N;G01N15;G01N15/08
申请人地址：	116024 辽宁省大连市甘井子区凌工路2号
主权项：	1.一种基于钻孔压水作用的岩体松动圈测试方法，其特征在于，所用的基于钻孔压水作用的岩体松动圈测试仪包括测试探头、控制操作台(38)、钻机(14)和钻杆(12)；所述的测试探头包括封堵器、转换器(6)和连通管(28)，封堵器包括前部封堵器(35)、中部封堵器(36)、尾部封堵器(37)；封堵器包括漏水管(3)、连接在漏水管两端的接头和橡胶囊(5)，橡胶囊(5)包绕在漏水管(3)外围，与漏水管(3)之间形成封堵空腔(30)，外界水源通过漏水管(3)中的漏水孔(25)注入封堵空腔(30)起胀橡胶囊(5)，与钻孔(31)形成注水空腔；所述的钻机(14)通过钻杆(12)与测试探头相连接，用以接长和推进测试探头至指定区域，钻杆(12)为空心杆，呈螺纹连接，可拆卸，其内部可输送高压水源；所述的控制操作台(38)包括放水开关(15)、流量表(16)、机械压力表(17)、总控开关(18)和电子压力表(19)，控制操作台(38)通过高压软管(13)与钻机(14)连接，负责向测试探头提供指定压力的外界水源；所述的前部封堵器(35)、中部封堵器(36)、尾部封堵器(37)与钻孔(31)之间分别形成一号注水空腔(29)和二号注水空腔(34)；所述的前部封堵器(35)和中部封堵器(36)左边各螺纹连接转换器(6)，转换器(6)包括基体、转换体(10)、复位弹簧(9)和调节螺丝(8)，转换器(6)将连通管(28)中的高压水源转换至低压水源输送至一号注水空腔(29)和二号注水空腔(34)内；所述的转换器(6)开有一个中心通孔(32)和四个周边通孔(33)，四个周边通孔(33)对称分布于中心通孔(32)周围；所述的中心通孔(32)左端孔径小于右端孔径，每个周边通孔(33)侧壁对应开有侧漏孔(25)；所述的周边通孔(33)内依次安装有转换体(10)、复位弹簧(9)和调节螺丝(8)，周边通孔(33)左侧内壁设置螺纹，与调节螺丝(8)相配合，使调节螺丝(8)在周边通孔(33)内旋转，压缩复位弹簧(9)，以控制转换体(10)的开启压力；所述的调节螺丝(8)侧壁开有六角通孔(21)，便于旋转调节螺丝(8)和反馈一号注水空腔(29)和二号注水空腔(34)水压与转换体(10)左端面；所述的锥形转换体(10)呈不等直径圆柱体，其左端面直径大于右端面直径，在不等直径圆柱过渡处即为密封锥面(26)，与周边通孔(33)内壁的密封锥面(26)相吻合，密封锥面(26)呈30°角；所述的锥形转换体(10)内开有“L”形通水孔(23)，在靠近锥形转换体(10)左端面的圆柱形外表面开有环形水槽(22)，通水孔(23)与环形水槽(22)相连通；当外界水源推动锥形转换体(10)向左移动时，环形水槽(22)与侧漏孔(20)相连通，使外界水源进入一号注水空腔(29)或二号注水空腔(34)内；所述的转换器(6)工作原理：(1)当锥形转换体(10)满足P左S左+kx≤P右S右时，则锥形转换体(10)向左移动，环形水槽(22)与侧漏孔(20)连通，对一号注水空腔(29)或二号注水空腔(34)进行注水观测；(2)当锥形转换体(10)满足P左S左+kx≥P右S右时，则锥形转换体(10)向右移动，环形水槽(22)被周边通孔(33)内壁封闭，停止向注水空腔供水；(3)若P右过大，为防止P右极端水压对注水空腔部分的钻孔(31)内壁造成破坏，则锥形转换体(10)向左移动，直至环形水槽(22)移动到侧漏孔(20)的左端，与周边通孔(33)内壁形成再次封闭作用；其中，P左为一号或二号注水空腔观测水源压力，为0.5MPa；P右为外部供给水源压力，为1.5MPa，S左为锥形转换体(10)左端面过水面积，S右为锥形转换体(10)右端面过水面积，k为复位弹簧(9)的弹性系数，x为压缩量；所述的控制操作台(38)包括放水开关(15)、流量表(16)、压力表一(17)、总控开关(18)和压力表二(19)，放水开关(15)负责将将测试探头内压力水释放，使橡胶囊(5)与钻孔(31)脱离接触，便于钻机(14)推进测试探头；总控开关(18)负责外界水源的停供，流量表(16)负责检测外界水源向测试探头输入实时水量，压力表一(17)为机械表，压力表二(19)为电子表，二者示数相互对比检验，若大致相当，则表明压力有效；具体步骤如下：(1)施工钻孔(31)：按照施工要求，利用钻机(14)在待测岩体(27)区域施工不同方位和倾角a的钻孔3～5个，钻孔(31)直径为89mm，长度为70m，并清理钻孔(31)内的碎屑；(2)安装设备：安装测试探头各部件，并依次连接钻机(14)、钻杆(12)、高压软管(13)及控制操作台(38)，然后利用钻机(14)将测试探头移送至钻孔(31)的初始位置；(3)密封检验：关闭控制操作台(38)的放水开关(15)，打开总控开关(18)，向测试探头提供检测水压，对橡胶囊(5)进行封堵密封性检验，若无明显漏水现象，则进行下一步操作，否则返回步骤(2)操作，检查各部件的连接及安装情况，直至合格为止；(4)进行压水试验：密封检验合格后，进行压水试验，使测试探头处于初始位置，重新打开控制操作台(38)上的总控开关(18)并关闭放水开关(15)，向测试探头提供高压水源，经连通管(28)、漏水管(3)进入封堵空腔(30)，起胀前部封堵器(35)、中部封堵器(36)和尾部封堵器(37)的橡胶囊(5)，分别与钻孔(31)形成一号注水空腔(29)和二号注水空腔(34)，调节外界水源压力逐渐升高至1.5MPa，此时仅一号注水空腔(29)压力的转换器(6)开启，向一号注水空腔29内注水，待流量表示数稳定后，记录此时稳定时流量表的示数Qi1，继续升高外界水源压力至1.7MPa，此时由于压力升高致使一号注水空腔(29)的转换器(6)关闭，停止向一号注水空腔(29)供水，而二号注水空腔(34的转换器(6)开启，向二号注水空腔(34)内注水，待流量表示数稳定后，记录此时稳定时流量表的示数Qi2，并记录探测距离Li1和Li2；(5)卸压推进：关闭总控开关(18)，打开放水开关(15)，释放封堵空腔(30)压力，待橡胶囊(5)与钻孔(31)脱离接触后，关闭放水开关(15)，取另一钻杆(12)接长测试探头，利用钻机(14)推进至下一探测区域，重复步骤(4)操作，直至测完钻孔全长为止；(6)计算分析：根据钻孔(31)长度及对应观测孔段漏水量，分别绘制不同钻孔内流量分布图，分析钻孔长度范围内不同位置的裂隙发育特征和渗透特性，进一步结合不同方位的钻孔倾角a和累计连续漏水段长度Ln1+Ln2(n＝1+2+....+k)，计算得到不同空间范围岩体的破坏范围。
所属类别：	发明专利