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原文传递挤压性围岩地应力与变形潜势评价方法及测试装置

专利名称：	挤压性围岩地应力与变形潜势评价方法及测试装置
摘要：	本发明提出了一种挤压性围岩地应力与变形潜势评价方法及测试装置，属于工程岩体稳定性检测技术领域，其包括弧形面板、多棱柱体、千斤顶、压力传感器、激光测距仪以及垫板；千斤顶是以多棱柱体为中心设置在多棱柱体的侧壁上并以多棱柱体中心为中心点沿径向向外延伸，千斤顶的伸缩端依次设置有压力传感器、垫板以及弧形面板。本发明的测试装置可以适应不同的地应力水平和变形等级的围岩状况，适用范围广，该装置结构简单，可以重复利用；本发明测试装置的各个方向的弧形面板互不影响，各个方向的应力准确性较高。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河北;13
申请人：	石家庄铁道大学
发明人：	胡指南;刘志春;李国良;申瑾;索宏文;王志强;张川;闫迪;邵俊杰
专利状态：	有效
申请日期：	2019-09-27T00:00:00+0800
发布日期：	2019-12-27T00:00:00+0800
申请号：	CN201910924297.3
公开号：	CN110618252A
代理机构：	西安佩腾特知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	曹宇飞
分类号：	G01N33/24(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	050034 河北省石家庄市长安区北二环东路17号
主权项：	1.挤压性围岩地应力与变形潜势评价方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)利用激光测距仪(6)测出沿钻孔径向延伸并顶在钻孔壁的千斤顶(2)的位移初始值，记为u0-0； (2)放开千斤顶(2)，使千斤顶(2)自由变形，记录变形过程的位移值，记为u0，待孔径收缩变形结束，记录最大变形值u0-max和孔径收缩变形时间n，计算孔径的平均收缩速率v(mm/d)； v＝1/n∑vi vi为第i小时的变形速率； (3)向千斤顶(2)加压使激光测距仪(6)读数恢复为位移初始值，记录该千斤顶(2)前方压力传感器(3)的读数，记为P；利用下式确定出地应力σi； σi＝P/A A为千斤顶(2)顶端作用在钻孔孔壁的接触面积； (4)根据步骤(3)的地应力σi与测点处的自重应力σv之间的关系以及最大地应力σmax、最小地应力σmin，确定出该检测点处的构造应力系数I和地应力变异系数δ； (5)重复步骤(1)-(4)计算出钻孔内多个检测点对应的构造应力系数I和地应力变异系数δ，取平均值，得到钻孔对应的平均构造应力系数和平均地应力变异系数，进而确定岩体所处的应力状态，判定岩体所处的地质构造运动激烈程度，以及岩体所处的应力环境； (6)利用点荷载仪测定钻孔内岩体点荷载强度Is(50)，利用公式Rc＝22Is(50)求得岩体单轴抗压强度Rc；根据岩体的完整性系数KV与岩体单轴抗压强度Rc，确定出岩体强度值Rcm； Rcm＝KVRc (7)利用岩体强度应力比Gn与岩体强度Rcm、最大地应力σmax之间的关系确定出岩体强度应力比Gn； (8)根据步骤(7)岩体强度应力比Gn的大小确定出挤压性围岩等级，进而确定出所配套支护结构等级；根据岩体强度应力比Rc/σmax与孔径极限收缩量umax/D确定出围岩挤出变形等级，进而确定出预留变形量；根据步骤(2)的钻孔孔径平均收缩速率v确定出钻孔的变形潜势等级，进而确定出支护方式。 2.根据权利要求1所述的挤压性围岩地应力与变形潜势评价方法，其特征在于，所述步骤(8)中，当岩体强度应力比Gn≤0.15时，挤压性围岩等级为Ⅲ级；当0.2≥Gn>0.15时，挤压性围岩等级为Ⅱ级；当0.3≥Gn>0.2时，挤压性围岩等级为Ⅰ级；当岩体强度应力比Rc/σmax＜0.2且umax/D>0.1时，围岩挤出变形等级为Ⅳ，挤出程度为严重；当0.2≤Rc/σmax＜0.4且0.05≤umax/D≤0.1时，围岩挤出变形等级为Ⅲ，挤出程度为中等；当0.4≤Rc/σmax＜0.7且0.01≤umax/D≤0.05时，围岩挤出变形等级为Ⅱ，挤出程度为轻度；当0.7≤Rc/σmax且umax/D≤0.01时，围岩挤出变形等级为Ⅰ，挤出程度为轻微；当钻孔孔径平均收缩速率v>10时，围岩变形潜势等级为Ⅲ，具有强烈的变形潜势；当钻孔孔径平均收缩速率v为2～10时，围岩变形潜势等级为Ⅱ，具有中等变形潜势；当钻孔孔径平均收缩速率v<2时，围岩变形潜势等级为Ⅰ，属于正常变形潜势。 3.一种适用于权利要求1所述的挤压性围岩地应力与变形潜势评价方法的测试装置，其特征在于，包括弧形面板(5)、多棱柱体、千斤顶(2)、压力传感器(3)、激光测距仪(6)以及垫板(4)；所述千斤顶(2)是以多棱柱体为中心设置在多棱柱体的侧壁上并以多棱柱体中心为中心点沿径向向外延伸，所述千斤顶(2)的伸缩端依次设置有压力传感器(3)、垫板(4)以及弧形面板(5)；所述多个千斤顶(2)对应的弧形面板(5)在同一圆周上分布；所述激光测距仪(6)设置在千斤顶(2)的固定端侧壁上。 4.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述弧形面板(5)与钻孔壁贴合，且一个弧形面板(5)与相邻一个弧形面板(5)之间的间隙是10～40mm。 5.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述垫板(4)与压力传感器(3)连接的一侧是平面结构，与弧形面板(5)连接的一侧结构与弧形面板(5)相匹配。 6.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述垫板(4)与弧形面板(5)的接触面板占弧形面板(5)内表面积的1/2～2/3。 7.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述多棱柱体为正多边棱柱体且棱数是偶数个，千斤顶(2)的个数与多棱柱体的侧面一一对应，且两对的两两千斤顶(2)在同一条直线上。 8.根据权利要求7所述的测试装置，其特征在于，所述多棱柱体是正六棱体，所述千斤顶(2)是以正六棱体为中心设置在正六棱体的侧壁上并以正六棱体中心为中心点沿径向向外延伸的6个，可以分别从0°、60°和120°的三个不同方向对岩体壁施加应力。 9.根据权利要求3～8任一项所述的测试装置，其特征在于，所述垫板(4)的厚度为0.4～1.8cm，弧形面板(5)的厚度为0.5～2cm。
所属类别：	发明专利