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专利号: 2024109625030
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种应力解除岩芯的原位围压率定试验装置,其特征在于:包括通过导线(13)相互连接的三轴地应力计(10)和应变仪(14),还包括端部通过变径接头(11)连接有取芯套管(7)、取芯钻头(8)的钻杆(12),钻杆(12)上套设有通过加压能够膨胀封堵钻孔的封隔器(4),封隔器(4)通过加压管(2)连接有设置在钻孔外侧的加压泵(1),钻杆(12)内轴向设有允许导线(13)和水流通过的供水通道(5)。

2.根据权利要求1所述的应力解除岩芯的原位围压率定试验装置,其特征在于:封隔器(4)为套筒结构的弹性水囊,包括前后两个套设在钻杆(12)上的金属圆环管头(15),前后两个金属圆环管头(15)之间围绕钻杆(12)内外分别设有可膨胀腔体内壁(17)和可膨胀腔体外壁(16),其中可膨胀腔体内壁(17)和可膨胀腔体外壁(16)与金属圆环管头(15)之间设有密封圈(18);封隔器(4)的外径小于钻孔直径,内径与钻杆(12)的直径匹配,当封隔器(4)膨胀后能够将钻杆(12)外的整个钻孔封堵住。

3.一种应力解除岩芯的原位围压率定实验方法,其特征在于,当三轴地应力计(10)安装完毕达到应力解除条件后,通过取芯套管(7)、取芯钻头(8)在三轴地应力计(10)所在岩体(3)实施取芯,形成的内含三轴地应力计的岩芯(9)存于原位,完成应力解除;对钻孔进行孔底密封,向封孔区域内注高压水,使高压水充满整个孔底密封区,高压水包围整个内含三轴地应力计的岩芯(9),通过应变仪(14)采集数据并结合高压水的压力数值,计算内含三轴地应力计的岩芯(9)的弹性模量与泊松比,完成原位围压率定试验。

4.一种使用权利要求1所述应力解除岩芯的原位围压率定试验装置的实验方法,其特征在于,具体步骤如下:步骤一、将三轴地应力计(10)放入预设的钻孔空间内,并用粘结剂(6)使三轴地应力计(10)与周围岩体粘成一体,达到应力解除条件;

步骤二、通过取芯钻头(8)钻出内含三轴地应力计的岩芯(9),存于取芯套管(7)中,含三轴地应力计的岩芯(9)保持原位不取出,完成应力解除;

步骤三、使钻杆(12)尾部与钻机脱离;

步骤四、从钻杆(12)尾部将封隔器(4)套在钻杆(12)上,使用推杆将封隔器(4)送至钻杆(12)根部,即变径接头(11)前面;

步骤五、利用加压泵(1)对封隔器(4)进行加压,使封隔器(4)膨胀后挤紧钻孔孔壁和钻杆(12),完成对孔底的密封;

步骤六、将三轴地应力计(10)的导线(13)与应变仪(14)相连;

步骤七、通过钻杆中间空心供水通道(5)对取芯套管(7)内部施加高压水,高压水在密封的孔底区域形成试验要求的围压;

步骤八、通过应变仪(14)采集数据,根据高压水的压力数值与对应应变仪(14)读取的应变数据之间的关系,计算岩芯的弹性模量与泊松比,完成原位围压率定试验。

5.根据权利要求4所述的实验方法,其特征在于,所述加压泵(1)的压力为30‑60MPa。

6.根据权利要求4所述的实验方法,其特征在于,三轴地应力计(10)所在的钻孔空间内充满粘结剂(6),使三轴地应力计(10)与周围岩体粘成一体。

7.根据权利要求3所述的实验方法,其特征在于,利用公式: 计算内含三轴

地应力计的岩芯(9)的泊松比;利用公式: 计算内含三轴地应力计的

岩芯(9)的弹性模量;式中,K为应变片修正系数;P0为围压;R为岩芯外径;r为岩芯内径;εz为轴向应变;εθ为周向应变。

8.根据权利要求3所述的实验方法,其特征在于,钻孔的直径为133mm,容纳三轴地应力计(10)的钻孔空间孔径为36mm。