一种三维地应力测试中含空心包体岩芯的取芯装置及方法.pdf

本发明公开了一种三维地应力测试中含空心包体岩芯的取芯装置，包括连接件，连接件与取芯筒连接，取芯筒内设置有楔形切削块。连接件为外螺纹连接件。取芯筒为半圆筒状。楔形切削块一端面为楔形面，另一端与连接件连接。楔形切削块的底部与取芯筒焊接。本发明还公开了一种三维地应力测试中含空心包体岩芯的取芯方法，测量岩芯位置；推送取芯装置；折断含包体岩芯；取出含包体岩芯。本发明可顺利折断含包体岩芯，避免过度解除导致包体电缆缠绕折断，提高测试成功率。可人为控制岩芯解除长度与岩芯折断位置，缩短取芯时间，提高测试效率。

1.  一种三维地应力测试中含空心包体岩芯的取芯装置，其特征在于，包括连接件（3），连接件（3）与取芯筒（1）连接，取芯筒（1）内设置有楔形切削块（2）。

2.  根据权利要求2所述的一种三维地应力测试中含空心包体岩芯的取芯装置，其特征在于，所述的连接件（3）为外螺纹连接件。

3.  根据权利要求3所述的一种三维地应力测试中含空心包体岩芯的取芯装置，其特征在于，所述的取芯筒（1）为半圆筒状。

4.  根据权利要求4所述的一种三维地应力测试中含空心包体岩芯的取芯装置，其特征在于，所述的楔形切削块（2）一端面为楔形面，另一端与连接件（3）连接。

5.  根据权利要求4所述的一种三维地应力测试中含空心包体岩芯的取芯装置，其特征在于，所述的楔形切削块（2）的底部与取芯筒（1）焊接。

6.  一种三维地应力测试中含空心包体岩芯的取芯方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、测量岩芯位置：待空心包体（4）安装完成后，采用岩芯管对含空心包体（4）的岩芯（5）进行应力解除，并通过与岩芯管连接的钻杆上的刻度读取解除深度，待解除深度至目标深度D时，通过改变与钻杆连接的钻机转速、推力以扭断岩芯或使岩芯产生裂隙（8），若含空心包体（4）的岩芯（5）扭断，则进入步骤4；若含空心包体（4）的岩芯（5）仍未扭断，在钻杆（9）与测试孔口对应位置设置标记线，将岩芯管、钻杆从自测试孔中取出，以标记线为界限测量测试孔中所有钻杆及岩芯管的总长度L+D，进而计算含空心包体（4）的岩芯（5）的解除起始位置深度L=(L+D)-D；
步骤2、推送取芯装置：将取芯装置通过连接件（3）与钻杆（9）相连，并推入自测试孔中，而后依次连接后续钻杆（9），最后一节钻杆（9）与钻机连接，直至取芯筒（1）被推送至岩芯解除起始位置深度L处；
步骤3、折断含包体岩芯：采用钻机匀速、缓慢地将取芯筒（1）插入岩芯（5）与洞壁（7）之间的空隙，当楔形切削块（2）被推进空隙设定距离时停止推进，将取芯装置随钻杆（9）拉出5-20cm距离，通过拉动包体电缆（6）检验岩芯（5）是否已断裂，若仍未断裂则继续将钻杆（9）拉出30-70cm，通过人力将钻杆（9）顺时针旋转20-40度，重复本步骤直至岩芯（5）断裂；
步骤4、取出含包体岩芯：岩芯（5）断裂后，岩芯（5）落入取芯筒（1）中，通过钻机缓慢地将取芯筒（1）拉出，同时安排一人拉紧包体电缆使含空心包体的岩芯（5）与取芯筒（1）一起被取出。

一种三维地应力测试中含空心包体岩芯的取芯装置及方法
技术领域
本发明涉及岩土工程测试技术，具体涉及一种三维地应力测试中含空心包体岩芯的取芯装置，还涉及一种三维地应力测试中含空心包体岩芯的取芯方法。
背景技术
在水电、交通、矿山等地下工程的建设过程中，地应力水平直接决定着围岩及结构的受力与变形规律，是进行工程稳定性分析及确定设计与施工方案的重要依据。在工程设计与施工阶段，准确测量工程区域的地应力水平对确定工程最优支护参数、实现结构的安全施工与运营具有重要的指导意义。
目前，最常用的地应力测试方法有水压致裂法与空心包体应力解除法。在采用空心包体应力解除法测量地应力时，在解除过程中直接测量到的是应变，解除完成后还需将含包体岩芯完整地取出进行弹性模量测试，最终通过应变与弹模获得地应力。在实际的测试中，待含包体岩芯解除完成后，若岩体完整性较好，岩芯通常难以通过钻机扭断。此时，若继续向前钻进，岩芯断裂位置及时刻无法控制，包体电缆容易随岩芯管旋转，包体底部电缆应力集中，使得电缆缠断而无法进行弹性模量测试，导致测试失败。因此，开发一种三维地应力测试中含空心包体岩芯的取芯装置及方法对提高空心包体地应力测试成功率与精度具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种三维地应力测试中含空心包体岩芯的取芯装置，还提供一种三维地应力测试中含空心包体岩芯的取芯方法。
一种三维地应力测试中含空心包体岩芯的取芯装置，包括连接件，连接件与取芯筒连接，取芯筒内设置有楔形切削块。
如上所述的连接件为外螺纹连接件。
如上所述的取芯筒为半圆筒状。
如上所述的楔形切削块一端面为楔形面，另一端与连接件连接。
如上所述的楔形切削块的底部与取芯筒焊接。
一种三维地应力测试中含空心包体岩芯的取芯方法，包括以下步骤：
步骤1、测量岩芯位置：待空心包体安装完成后，采用岩芯管对含空心包体的岩芯进行应力解除，并通过与岩芯管连接的钻杆上的刻度读取解除深度，待解除深度至目标深度D时，通过改变与钻杆连接的钻机转速、推力以扭断岩芯或使岩芯产生裂隙，若含空心包体的岩芯扭断，则进入步骤4；若含空心包体的岩芯仍未扭断，在钻杆与测试孔口对应位置设置标记线，将岩芯管、钻杆从自测试孔中取出，以标记线为界限测量测试孔中所有钻杆及岩芯管的总长度L+D，进而计算含空心包体的岩芯的解除起始位置深度L=(L+D)-D；
步骤2、推送取芯装置：将取芯装置通过连接件与钻杆相连，并推入自测试孔中，而后依次连接后续钻杆，最后一节钻杆与钻机连接，直至取芯筒被推送至岩芯解除起始位置深度L处；
步骤3、折断含包体岩芯：采用钻机匀速、缓慢地将取芯筒插入岩芯与洞壁之间的空隙，当楔形切削块被推进空隙设定距离时停止推进，将取芯装置随钻杆拉出5-20cm距离，通过拉动包体电缆检验岩芯是否已断裂，若仍未断裂则继续将钻杆拉出30-70cm，通过人力将钻杆顺时针旋转20-40度，重复本步骤直至岩芯断裂；
步骤4、取出含包体岩芯：岩芯断裂后，岩芯落入取芯筒中，通过钻机缓慢地将取芯筒拉出，同时安排一人拉紧包体电缆使含空心包体的岩芯与取芯筒一起被取出。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
（1）可顺利折断含包体岩芯，避免过度解除导致包体电缆缠绕折断，提高测试成功率。
（2）可人为控制岩芯解除长度与岩芯折断位置，缩短取芯时间，提高测试效率。
附图说明
图1三维地应力测试中含空心包体岩芯的取芯装置俯视图；
图2三维地应力测试中含空心包体岩芯的取芯装置正视图；
图3三维地应力测试中含空心包体岩芯的取芯示意图。
其中，1-取芯筒，2-楔形切削块，3-连接件，4-空心包体，5-岩芯，6-包体电缆，7-洞壁，8-裂隙，9-钻杆。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对发明作进一步的说明。
实施例1：
一种三维地应力测试中含空心包体岩芯的取芯装置，包括连接件3，连接件3与取芯筒1连接，取芯筒1内设置有楔形切削块2。连接件3为外螺纹连接件。取芯筒1为半圆筒状。楔形切削块2一端面为楔形面，另一端与连接件3连接。楔形切削块2的底部与取芯筒1焊接。
取芯筒1长度L1取50cm，取芯筒1厚度与岩芯管相同4mm，楔形切削块2长度L2取25cm，楔形角θ取20度，取芯装置通过连接件3与钻杆9相连。
一种三维地应力测试中含空心包体岩芯的取芯方法：
步骤1、测量岩芯位置：待空心包体安装完成后，采用岩芯管对含空心包体岩芯进行应力解除，并通过与岩心管连接的钻杆上的刻度读取解除深度，待解除深度至目标深度D=55cm时，通过改变与钻杆连接的钻机转速、推力以扭断岩芯或使岩芯5产生裂隙8，若含空心包体4的岩芯5扭断，则进入步骤4；若含空心包体4岩芯5仍未扭断，在钻杆9与测试孔口对应位置设置标记线，而后将岩芯管、钻杆从自测试孔中取出，以标记线为界限测量测试孔中所有钻杆及岩芯管的总长度（L+D），进而计算含空心包体4的岩芯5的解除起始位置深度L=(L+D)-D=19.55m。
步骤2、推送取芯装置：将取芯装置通过连接件3与钻杆9相连，并推入自测试孔中，而后依次连接后续钻杆9，最后一节钻杆9与钻机连接，直至取芯筒1被推送至岩芯解除起始位置深度L=19.55m处。为保证岩芯5折断后能够落入取芯筒1中，推入过程中尽量保持取芯筒1的中心线位于测试孔底部180度扇形范围内；同时，在取芯筒1推进过程中，为保护包体电缆6不被取芯筒破坏，一人在测试孔口负责拉紧电缆，确保电缆位于取芯筒1、楔形切削块2及钻杆9上部。
步骤3、折断含包体岩芯：采用钻机匀速、缓慢地将取芯筒1插入岩芯5与洞壁7之间的空隙，当楔形切削块2被推进空隙设定距离（根据空隙的大小确定，并保证推进后岩芯5不会挤压在自测试孔的洞壁7上）时停止推进。将取芯装置随钻杆拉出约10cm，与此同时，通过拉动包体电缆6检验岩芯5是否已断裂。若仍未断裂则继续将钻杆9拉出50cm，通过人力将钻杆9顺时针旋转30度，重复本步骤直至岩芯断裂。在岩芯解除至目标深度时，改变钻机转速与推力会使岩芯底部产生裂隙8，根据现场运用情况，旋转一次通常即可将岩芯折断。
步骤4、取出含包体岩芯：岩芯断裂后，含包体岩芯5将落入取芯筒1中，为防止岩芯5脱离取芯筒1，通过钻机缓慢地将取芯筒拉出，同时安排一人拉紧包体电缆使含包体岩芯与取芯筒一起被取出。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。