围岩应力扰动程度测试装置.pdf

本发明涉及一种围岩应力扰动程度测试装置。本发明的目的是提供一种围岩应力扰动程度测试装置，以简单、迅速、直接的评价围岩的应力扰动程度，不对围岩状态产生影响。本发明的技术方案是：置于围岩钻孔内的封隔装置和置于围岩外的供气装置，封隔装置包括两个用于封堵围岩钻孔的封隔器，两封隔器之间形成承压段空腔，供气装置包括氮气罐，该氮气罐经输气泵、输气管、流量传感器、逆止阀连通多通转换开关，并经多通转换开关分成三条支路，一条支路经输气管连通承压段空腔，另两条支路经输气管分别连通两个封隔器，每条支路的输气管上均设有截止阀和卸压阀；多通转换开关上设有检测各输气管内气压的压力传感器，该压力传感器与压力表和记录仪电连接。

1.  一种围岩应力扰动程度测试装置，其特征在于：包括置于围岩钻孔(13) 内的封隔装置和置于围岩外的供气装置，所述封隔装置包括两个用于封堵围岩 钻孔(13)的封隔器(12)，两封隔器(12)之间形成承压段空腔(131)，所述 供气装置包括氮气罐(1)，该氮气罐经输气泵(2)、输气管(4)、流量传感器 (3)、逆止阀(5)连通多通转换开关(6)，并经多通转换开关(6)分成三条 支路，一条支路经输气管(4)连通承压段空腔(131)，另两条支路经输气管(4) 分别连通两个封隔器(12)，每条支路的输气管(4)上均设有截止阀(10)和 卸压阀(11)；所述多通转换开关(6)上设有检测各输气管内气压的压力传感 器(7)，该压力传感器与压力表(8)和记录仪(9)电连接。

2.  根据权利要求1所述的围岩应力扰动程度测试装置，其特征在于：所述 封隔器(12)为充气可膨胀的橡胶塞。

3.  根据权利要求1或2所述的围岩应力扰动程度测试装置，其特征在于： 位于承压段空腔(131)内的输气管(4)上开有若干透气孔(4－1)。

围岩应力扰动程度测试装置
技术领域
本发明涉及一种围岩应力扰动程度测试装置。适用于地下工程领域。
背景技术
地下工程开挖以后围岩会出现应力重分布，应力的重新分布将导致围岩出 现不可恢复损伤，这些损伤主要是由于内部裂纹扩展所引起的，因此会使围岩 的内部结构也产生永久性变化。这些变化所导致的围岩力学和水力学特性变化 可以被直接定量测试，如裂纹数量统计、声波测试、声发射监测、渗透试验等。
由于围岩受应力重分布影响的不同，在围岩应力扰动区内也会出现不同的 扰动程度，靠近边墙的围岩通常受扰动影响较大，出现明显的破裂损伤；距离 边墙较远的围岩，则受损较轻。由于应力扰动程度的不同，上述的测试方法在 推广应用于现场时，普遍存在一定的局限性，例如只有当裂纹张开，才能出现 波速降低现象，而应力扰动较小的区域，裂纹的张开度普遍偏小甚至紧闭，并 不会导致围岩波速的变化。再比如说，利用水的渗透性变化测试时，由于岩石 水理性质的变化会导致二次测试时的不准确，尤其是对于软岩，这种影响更加 明显，甚至会导致无法完成后续的测试。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种结构简单、 成本较低的围岩应力扰动程度测试装置，以简单、迅速、直接的评价围岩的应 力扰动程度，不对围岩状态产生影响。
本发明所采用的技术方案是：一种围岩应力扰动程度测试装置，其特征在 于：包括置于围岩钻孔内的封隔装置和置于围岩外的供气装置，所述封隔装置 包括两个用于封堵围岩钻孔的封隔器，两封隔器之间形成承压段空腔，所述供 气装置包括氮气罐，该氮气罐经输气泵、输气管、流量传感器、逆止阀连通多 通转换开关，并经多通转换开关分成三条支路，一条支路经输气管连通承压段 空腔，另两条支路经输气管分别连通两个封隔器，每条支路的输气管上均设有 截止阀和卸压阀；所述多通转换开关上设有检测各输气管内气压的压力传感器， 该压力传感器与压力表和记录仪电连接。
所述封隔器为充气可膨胀的橡胶塞。
位于承压段空腔内的输气管上开有若干透气孔。
本发明的有益效果是：本发明中气体渗透性测试不会对围岩状态产生影响， 可以反复进行测试，而利用液体渗透性进行测试，会改变围岩的状态，例如水 会使围岩饱和。由于应力重分布造成损伤，导致围岩内部结构发生变化，气体 渗透性测试相比于其它测试方法，会更加直接地表示出来。本发明岩壁受力范 围较广(测试段长可达达1m或者更长)，从而避免了“点”应力状态的局限性 和地质条件不均匀的影响。本发明不需要围岩力学参数参与计算，可避免由力 学取值不准确而引起的误差。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例为一种围岩应力扰动程度测试装置，该装置包括置 于围岩上钻孔13内的封隔装置和置于围岩外的供气装置。
其中封隔装置采用过双封法，通过两个封隔器12对钻孔13进行封隔，两 封隔器12之间形成承压段空腔131，将测试段岩体封隔起来。本实施例中封隔 器12采用充气可膨胀的橡胶塞，在橡胶塞充气加压膨胀后封堵钻孔13。
供气装置包括氮气罐1，本例为便于气泵启动和用电安全，配置了多通转换 开关6。氮气罐1通过输气泵2、输气管4、流量传感器3、逆止阀5连通多通 转换开关6，并经多通转换开关6分成三条支路，一条支路经输气管4、截止阀 10、卸压阀11连通承压段空腔131，并在位于承压段空腔内的输气管4上开有 若干透气孔4－1，另两条支路经输气管4、截止阀10、泄压阀11分别连通作为 封隔器的两个橡胶塞。本例在多通转换开关6上安装有压力传感器7，该压力传 感器检测各输气管4的气压，压力传感器与压力表8和记录仪9电连接。
本实施例中供气装置的供压压力要求大约2倍上覆岩体自重，以克服地应 力的影响，使气体溢出。本例中输气管4采用的钢管端部采用外螺纹，接头为 内螺纹，密封采用在钢管外螺纹上缠绕生料带，及钢管端部加垫尼龙或钢垫片， 此种结构的压力钢管最高测试压力为30～40MPa。
本实施例提出的气体渗透性测试方法为气体压力衰减测试，通过在测试区 域提供一个初始压力，测试随着气体从周围岩体渗出所导致的压力衰减，具体 方法如下：
在地下工程的边墙进行垂直钻孔，钻孔13深度为2倍地下洞室跨度(应力 扰动区深度不会超过2倍洞径)，孔径为90mm，以便于作为封隔器12的橡胶塞 安装；
通过钻杆将两个可膨胀的橡胶塞放置到选定的测试段，加压使其膨胀，形 成承压段空腔131；
开启输气泵2对承压段空腔131注气加压，钻孔孔壁承受逐渐增强的气压 作用，当压力达到临界破裂压力，孔壁沿阻力最小的方向出现破裂，并在垂直 于横截面上最小主应力的平面内延伸；
由于孔壁出现破裂，气体渗出，导致气体压力值出现下降，记录气体输入 量和时间的关系；
在不同钻孔深度处，放置封隔器12，进行加压测试，形成不同深度处气体 渗出速率汇总。将最深孔底处的测试结果作为基础，与其余深度处测试结果进 行对比，便可以获得不同应力扰动程度评价。