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原文传递一种岩石抗拉强度原位测试装置及方法

专利名称：	一种岩石抗拉强度原位测试装置及方法
摘要：	本发明公开了一种岩石抗拉强度原位测试装置及方法，它包括用于对岩样进行钻孔取样的取芯钻机，所述取芯钻机包括钻机底座，所述钻机底座的顶部安装有电动机，所述电动机的输出轴与变速箱的输入轴相连，所述电动机和变速箱都安装在手摇式升降机构上，所述手摇式升降机构与手柄相配合，并驱动其升降；所述变速箱的输出轴安装有用于钻孔的钻杆。本装置采用可收缩钻杆和半平面半螺旋的空心钻，并结合真空抽吸技术，在使岩样位于岩壁的条件下，测得指定面的抗拉强度，降低对岩样的扰动，从而测得更精确的岩石抗拉强度。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	三峡大学
发明人：	刘杰;唐洪宇;谢晓康;何卓文;王瑞红;张瀚;成书楼;何成欢;李远航;苏剑;李洪亚
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-21T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-01T00:00:00+0800
申请号：	CN201910543791.5
公开号：	CN110296888A
代理机构：	宜昌市三峡专利事务所
代理人：	李登桥
分类号：	G01N3/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	443002 湖北省宜昌市西陵区大学路8号
主权项：	1.一种岩石抗拉强度原位测试装置，其特征在于，它包括用于对岩样进行钻孔取样的取芯钻机，所述取芯钻机包括钻机底座（1-2），所述钻机底座（1-2）的顶部安装有电动机（1-4），所述电动机（1-4）的输出轴与变速箱（1-5）的输入轴相连，所述电动机（1-4）和变速箱（1-5）都安装在手摇式升降机构上，所述手摇式升降机构与手柄（1-3）相配合，并驱动其升降；所述变速箱（1-5）的输出轴安装有用于钻孔的钻杆。 2.根据权利要求1所述的一种岩石抗拉强度原位测试装置，其特征在于：所述钻杆采用半螺纹状钻杆（1），所述半螺纹状钻杆（1）采用圆柱筒结构，在其顶端设置有钻齿，与钻齿相对侧的内壁上设置有一节一定长度的内螺纹（1-1）；在后续测试中所述内螺纹（1-1）与钻取之后的岩样通过螺纹固定相连。 3.根据权利要求1所述的一种岩石抗拉强度原位测试装置，其特征在于：所述钻杆采用收缩夹紧式钻杆（2），所述收缩夹紧式钻杆（2）在沿其轴向方向加工有弧形斜缺口，所述弧形斜缺口的两内侧壁上分别加工有反向布置的齿轮结构，所述齿轮结构与安装在空心旋转轴（2-1）上的齿轮啮合传动，所述空心旋转轴（2-1）的顶端安装有用于驱动其转动的转盘（2-3），在收缩夹紧式钻杆（2）的内壁上并靠接弧形斜缺口的位置安装有用于对齿轮结构进行保护的挡板（2-2）。 4.根据权利要求1所述的一种岩石抗拉强度原位测试装置，其特征在于：所述钻杆采用真空吸盘式钻杆（3），所述真空吸盘式钻杆（3）的顶部末端安装有真空吸盘（3-1），所述真空吸盘（3-1）与用于产生真空吸力的真空发生装置相连。 5.根据权利要求4所述的一种岩石抗拉强度原位测试装置，其特征在于：所述真空发生装置包括真空罐（3-4），所述真空罐（3-4）上连接有空压机（3-5），所述空压机（3-5）与用于提供动力的驱动电机（3-3）相连，所述真空罐（3-4）通过真空管与真空吸盘（3-1）相连，所述真空管上安装有阀门（3-2）。 6.根据权利要求1所述的一种岩石抗拉强度原位测试装置，其特征在于：所述钻杆采用光滑直壁钻杆（4），在光滑直壁钻杆（4）和岩样的间隙处填充有能够将两者粘合的粘结层（4-1），所述粘结层（4-1）采用丙烯酸酯结构胶、中性硅酮密封胶或者膨胀剂。 7.根据权利要求1所述的一种岩石抗拉强度原位测试装置，其特征在于：所述钻杆采用磁力吸合钻杆，所述磁力吸合钻杆的尾部通过黏合层（9）或铆钉（6）固定有磁铁（5），或者在磁力吸合钻杆的尾部通过黏合层（9）固定有填充满磁流体的密封容器（7）。 8.根据权利要求7所述的一种岩石抗拉强度原位测试装置，其特征在于：所述磁铁（5）通过环形箍（8）固定在钻杆的末端。 9.采用权利要求1-8任意一项所述岩石抗拉强度原位测试装置的测试方法，其特征在于它包括以下步骤：当采用半螺纹状钻杆（1）进行测试时： S1：选好要测量的岩石区域和测量深度，以确定半螺纹状钻杆（1）长度； S2：将准备好的半螺纹状钻杆（1）连接上取芯钻机； S3：在半螺纹状钻杆（1）中加入高温润滑脂，避免取芯时杆的扭矩过大使杆折断； S4：启动取芯钻机，在规划好的区域钻入相应的深度，在岩样柱末端产生多圈螺纹，半螺纹状钻杆（1）上的内螺纹（1-1）与岩样柱上的螺纹相契合，从而使半螺纹状钻杆（1）箍紧岩样柱； S5：将半螺纹状钻杆（1）与钻机分离，在半螺纹状钻杆（1）中倒入工业酒精或者汽油清洗润滑脂，并等到汽油或者酒精完全挥发； S6：在半螺纹状钻杆（1）末端包裹一层含有磁流体的外覆密闭容器，或者通过强力黏合剂使电磁铁和钻杆黏合在一起，利用磁场发生器对钻杆产生一个磁场，使半螺纹状钻杆（1）顶部的磁流体磁化产生一个强大的拉力，逐步提高磁场强度直到岩样柱和半螺纹状钻杆（1）一起脱离地面；测得脱离时的磁场强度，利用公式计算出岩样柱的抗拉强度；其中，钻柱后不能将钻杆拔出，且不能对岩样柱进行其它的处理，防止对测试造成干扰；当采用收缩夹紧式钻杆（2）进行测试时： S1：选好要测量的岩石区域和测量深度，以确定收缩夹紧式钻杆（2）长度； S2：将准备好的收缩夹紧式钻杆（2）连接上取芯钻机； S3：在收缩夹紧式钻杆（2）中加入高温润滑脂，避免取芯时杆的扭矩过大使杆折断； S4：启动取芯钻机，在规划好的区域钻入相应的深度，取下钻机，在收缩夹紧式钻杆（2）中倒入工业酒精或者汽油清洗润滑脂，并等到汽油或者酒精完全挥发； S5：将转盘（2-3）与钻杆的空心旋转轴（2-1）相连，转动转盘（2-3），通过齿轮结构拧紧收缩夹紧式钻杆（2），减小收缩夹紧式钻杆（2）直径，使收缩夹紧式钻杆（2）紧箍住岩柱，通过拧紧钻杆增大收缩夹紧式钻杆（2）与岩柱的摩擦，拧紧后取下转盘（2-3）； S6：使用强力黏合剂将磁铁固定在收缩夹紧式钻杆（2）和岩柱的末端，或者使用强力黏合剂固定装满磁流体的容器，或者用环形钢片紧固住瓶盖状的磁铁；通过增大外界电磁场对岩柱进行抗拉测试，测得岩柱的抗拉强度；当采用真空吸盘式钻杆（3）进行测试时： S1：选定岩面，用取芯钻机设计的真空吸盘式钻杆（3）对岩样进行钻取，真空吸盘式钻杆（3）始终保持在岩面中，包裹住岩样； S2：取芯钻杆分为两部分，里端直径较小与岩柱贴合，外端直径较大，便于真空吸盘（3-1）对岩样进行包裹吸附，杆的外径都相同，通过真空发生装置使真空吸盘对杆内的岩柱进行抽吸，逐渐增大抽吸力，使最终对岩柱抽吸时的拉力大于岩样的抗拔力，并通过测定不同抽吸力的条件下，岩柱的拉应变，从而测得岩柱的抗拉应变模量； S3：对岩柱继续往下钻取，每过一段便卸下钻机，通过真空吸盘测一次岩柱的抗拉强度，真空吸盘对岩柱进行抽吸时产生的截面可以为任意角度，抽吸后的岩柱断裂后去除真空吸力，将断裂的岩柱去除，再进行下一段抽吸，可测得不同深度岩柱的抗拉强度； S4：继续用取芯钻对岩样进行钻取更大长度，再继续对岩样抽吸获得多组数据，最终测得更精确的岩石抗拉强度；当采用光滑直壁钻杆（4）进行测试时： S1：选定要测量抗拉强度岩石的深度与所处位置及要测量的角度； S2：用取芯钻机钻取相应的深度后将钻机与光滑直壁钻杆（4）分离，光滑直壁钻杆（4）始终保持在岩面中，包裹住岩样； S3：向光滑直壁钻杆（4）与岩样狭缝间注入一种强粘黏性可膨胀液体形成粘结层（4-1），并使其膨胀，从而产生强大的摩擦力，并保证摩擦力大于抗拉力； S4：将岩样与钻杆一同拔出，并测得此时的抗拉强度； S5：多次测量相同角度相同深度不同位置的同一岩样，防止误差。
所属类别：	发明专利