一种适用于深部岩体原位强度多点探测的装置和方法

技术领域

本发明涉及岩土工程试验技术领域，尤其涉及一种适用于深部岩体原位强度多点探测的装置和方法。

背景技术

岩体强度是矿山压力和边坡稳定性等研究中的重要因素之一。

传统岩石强度测试方法是指测定岩石物理力学性质的试验方法。通常在现场取回岩芯或岩块，按照有关标准，在室内加工成规则试件，借助适当的加载设备在规定的加载速率下测定试件破坏时某截面上的极限应力，以同种岩石的一组试件的平均强度作为该种岩石的强度。

采用上述方式，通过有限钻孔获取的岩芯的传统方法仅能获取有限具体点位的岩体性质，很难准确判断一定区域内的岩体性质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于深部岩体原位强度多点探测的装置和方法，旨在解决传统岩石强度测试方法无法判断一定区域内的岩体性质的问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种适用于深部岩体原位强度多点探测的装置，包括显示控制器、采集仪和测量机构，所述显示控制器、所述采集仪和所述测量机构依次连接；

所述测量机构包括伸缩组件、四个定位组件、水平旋转器、竖向旋转器、液压杆和探测组件，所述伸缩组件设置于所述采集仪远离所述显示控制器的一侧，四个所述定位组件分别设置于所述伸缩组件外侧壁，所述水平旋转器设置于所述伸缩组件的一侧，所述竖向旋转器设置于所述水平旋转器远离所述伸缩组件的一侧，所述液压杆与所述竖向旋转器固定连接，并位于远离所述水平旋转器的一侧，所述探测组件设置于所述液压杆远离所述竖向旋转器的一侧。

其中，所述伸缩组件包括外壳、第一伸缩杆、第二伸缩杆和两个稳定件，所述第一伸缩杆与所述外壳固定连接，并位于所述外壳内侧壁，所述第二伸缩杆与所述第一伸缩杆固定连接，并位于远离所述外壳的一侧，两个所述稳定件分别设置于所述外壳外侧壁，所述水平旋转器与所述第二伸缩杆固定连接，并位于远离所述第一伸缩杆的一侧。

其中，所述定位组件包括第一弹簧和定位板，所述第一弹簧与所述第二伸缩杆固定连接，并位于所述第二伸缩杆外侧壁，所述定位板与所述第一弹簧固定连接，并位于远离所述第二伸缩杆的一侧。

其中，所述探测组件包括圆盘、转盘、探头、尖端感应器和四个红外探测灯，所述圆盘与所述竖向旋转器固定连接，并位于远离所述水平旋转器的一侧，所述转盘与所述圆盘固定连接，并位于远离所述竖向旋转器的一侧，所述探头与所述转盘固定连接，并位于远离所述圆盘的一侧，所述尖端感应器与所述探头固定连接，并位于远离所述转盘的一侧，四个所述红外探测灯与所述圆盘固定连接，并位于靠近所述转盘的一侧。

其中，所述探测组件还包括四个第二弹簧，四个所述第二弹簧分别与所述圆盘固定连接，均位于靠近所述转盘的一侧。

其中，所述探头的形状为椭圆形、矩形、梯形和三角形中的任意一种。

第二方面，本发明提供了一种适用于深部岩体原位强度多点探测的方法，包括以下步骤：

将伸缩组件固定于钻孔中，显示控制器驱动伸缩组件推动定位组件、水平旋转器、竖向旋转器、液压杆和探测组件深入钻孔，同时通过液压杆推动探测组件刺入岩体内；

水平旋转器驱动竖向旋转器水平旋转并带动探测组件水平旋转，竖向旋转器驱动探测组件竖向旋转，探测组件旋转过程中对岩体进行测量，得到多个测量数据；

采集仪获取多个测量数据，并将多个测量数据传输给显示控制器；

显示控制器将多个测量数据显示，并求取多个测量数据的平均值得到岩体区域硬度。

本发明的一种适用于深部岩体原位强度多点探测的装置，通过将所述伸缩组件固定于钻孔中，所述显示控制器驱动所述伸缩组件推动所述定位组件、所述水平旋转器、所述竖向旋转器、所述液压杆和所述探测组件深入钻孔，同时通过所述液压杆推动所述探测组件刺入岩体内；所述水平旋转器驱动所述竖向旋转器水平旋转并带动所述探测组件水平旋转，所述竖向旋转器驱动所述探测组件竖向旋转，所述探测组件旋转过程中对岩体进行测量，得到多个测量数据；所述采集仪获取多个所述测量数据，并将多个所述测量数据传输给所述显示控制器；所述显示控制器将所述测量数据显示，并求取多个所述测量数据的平均值得到岩体区域硬度，解决了传统岩石强度测试方法无法判断一定区域内的岩体性质的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种适用于深部岩体原位强度多点探测的装置沿第一伸缩杆方向的剖视图。

图2是本发明提供的一种适用于深部岩体原位强度多点探测的装置沿第一弹簧方向的仰视图。

图3是探头形状的示意图。

图4是外壳与稳定件的结构示意图。

图5是固定块、复位弹簧、插入尖和保护板的剖视图。

图6是本发明提供的一种适用于深部岩体原位强度多点探测的方法的流程图。

1-显示控制器、2-采集仪、3-测量机构、4-伸缩组件、5-定位组件、6-水平旋转器、7-竖向旋转器、8-液压杆、9-探测组件、10-外壳、11-第一伸缩杆、12-第二伸缩杆、13-稳定件、14-第一弹簧、15-定位板、16-圆盘、17-转盘、18-探头、19-红外探测灯、20-尖端感应器、21-第二弹簧、22-驱动器、23-安装架、24-固定块、25-复位弹簧、26-插入尖、27-保护板、28-电机、29-转轴。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1至图5，第一方面，本发明提供一种适用于深部岩体原位强度多点探测的装置，包括显示控制器1、采集仪2和测量机构3，所述显示控制器1、所述采集仪2和所述测量机构3依次连接；

所述测量机构3包括伸缩组件4、四个定位组件5、水平旋转器6、竖向旋转器7、液压杆8和探测组件9，所述伸缩组件4设置于所述采集仪2远离所述显示控制器1的一侧，四个所述定位组件5分别设置于所述伸缩组件4外侧壁，所述水平旋转器6设置于所述伸缩组件4的一侧，所述竖向旋转器7设置于所述水平旋转器6远离所述伸缩组件4的一侧，所述液压杆8与所述竖向旋转器7固定连接，并位于远离所述水平旋转器6的一侧，所述探测组件9设置于所述液压杆8远离所述竖向旋转器7的一侧。

在本实施方式中，所述显示控制器1通过传输线与所述采集仪2连接，所述采集仪2通过传输线与所述测量机构3连接，所述显示控制器1通过所述采集仪2控制所述测量机构3的工作状态，并显示所述测量机构3的测量数据，具体为，通过将所述伸缩组件4固定于钻孔中，所述显示控制器1驱动所述伸缩组件4推动所述定位组件5、所述水平旋转器6、所述竖向旋转器7、所述液压杆8和所述探测组件9深入钻孔，同时通过所述液压杆8推动所述探测组件9刺入岩体内；所述水平旋转器6驱动所述竖向旋转器7水平旋转并带动所述探测组件9水平旋转，所述竖向旋转器7驱动所述探测组件9竖向旋转，旋转范围为0°-90°，所述探测组件9旋转过程中对岩体进行测量，得到多个测量数据；所述采集仪2获取多个所述测量数据，并将多个所述测量数据传输给所述显示控制器1；所述显示控制器1将所述测量数据显示，并求取多个所述测量数据的平均值得到岩体区域硬度，解决了传统岩石强度测试方法无法判断一定区域内的岩体性质的问题，还避免了钻取岩芯的方法会对岩体的原位状态进行扰动。

进一步的，所述伸缩组件4包括外壳10、第一伸缩杆11、第二伸缩杆12和两个稳定件13，所述第一伸缩杆11与所述外壳10固定连接，并位于所述外壳10内侧壁，所述第二伸缩杆12与所述第一伸缩杆11固定连接，并位于远离所述外壳10的一侧，两个所述稳定件13分别设置于所述外壳10外侧壁，所述水平旋转器6与所述第二伸缩杆12固定连接，并位于远离所述第一伸缩杆11的一侧；所述定位组件5包括第一弹簧14和定位板15，所述第一弹簧14与所述第二伸缩杆12固定连接，并位于所述第二伸缩杆12外侧壁，所述定位板15与所述第一弹簧14固定连接，并位于远离所述第二伸缩杆12的一侧；所述探测组件9包括圆盘16、转盘17、探头18、尖端感应器20和四个红外探测灯19，所述圆盘16与所述竖向旋转器7固定连接，并位于远离所述水平旋转器6的一侧，所述转盘17与所述圆盘16固定连接，并位于远离所述竖向旋转器7的一侧，所述探头18与所述转盘17固定连接，并位于远离所述圆盘16的一侧，所述尖端感应器20与所述探头18固定连接，并位于远离所述转盘17的一侧，四个所述红外探测灯19与所述圆盘16固定连接，并位于靠近所述转盘17的一侧；所述探测组件9还包括四个第二弹簧21，四个所述第二弹簧21分别与所述圆盘16固定连接，均位于靠近所述转盘17的一侧；所述探头18的形状为椭圆形、矩形、梯形和三角形中的任意一种。

在本实施方式中，所述外壳10通过所述稳定件13固定在钻孔上，所述第一伸缩杆11伸长推动所述第二伸缩杆12带动所述探测组件9深入钻孔，所述第二伸缩杆12伸长可增加所述探测组件9深入钻孔的深度，所述显示控制器1通过所述采集仪2可以实时显示通过所述红外探测灯19实时检测到的所述探测组件9与所测岩体断面的距离，当所述探测组件9深入到安全距离时，所述显示控制器1驱动所述第一伸缩杆11和所述第二伸缩杆12停止输出，四个所述第一弹簧14分别将与其对应的所述定位板15弹出，所述定位板15压紧在钻孔内侧壁，所述第一弹簧14包括电磁块、弹簧本体和磁体，所述电磁块与所述第二伸缩杆12固定连接，并位于所述第二伸缩杆12外侧壁，所述弹簧本体与所述电磁块固定连接，并位于远离所述第二伸缩杆12的一侧，所述磁体与所述弹簧本体固定连接，并与所述定位板15固定连接，在所述探测组件9深入钻孔时，所述电磁块通断吸附所述磁体，所述磁体压缩所述弹簧本体带动所述定位板15向靠近所述第二伸缩杆12的一侧移动，直至四个所述定位板15相互接触，所述定位板15为四分之一圆弧状，当四个所述定位板15相互接触时围成一个正圆，将所述弹簧本体包围，在对钻孔内侧壁压紧时，所述电磁块断电，所述弹簧本体复位，推动所述磁体上的所述定位板15将钻孔内侧壁压紧，实现位置固定，所述水平旋转器6驱动所述竖向旋转器7水平旋转并带动所述探测组件9的所述圆盘16转动水平旋转，所述竖向旋转器7驱动圆盘16竖向旋转，所述圆盘16通过所述转盘17带动所述探头18转动，所述探头18上的所述尖端感应器20转动时对岩体进行测量，所述转盘17可在所述尖端感应器20对岩体进行测量时，通过所述探头18驱动所述尖端感应器20转动进行微调，增加所述尖端感应器20对岩体测量的精确度，可通过所述红外探照灯检测所述第二弹簧21的形变量判断所述探头18刺入岩体的深度。

进一步的，所述稳定件13包括两个驱动器22、安装架23和固定块24，两个所述驱动器22分别与所述外壳10固定连接，分别位于所述外壳10的两侧，所述安装架23与两个所述驱动器22的输出端固定连接，所述固定块24与所述安装架23固定连接，并位于所述安装架23外侧壁；所述稳定件13还包括多个复位弹簧25、多个插入尖26和保护板27，所述多个复位弹簧25分别与所述固定块24固定连接，均位于远离所述安装架23的一侧，多个所述插入尖26分别与所述固定块24固定连接，均位于靠近所述复位弹簧25的一侧，所述保护板27与所述复位弹簧25固定连接，并与所述固定块24滑动连接，并位于所述固定块24内侧壁，所述驱动器22包括电机28和转轴29，所述驱动器22与所述外壳10固定连接，并位于所述外壳10外侧壁，所述转轴29的一侧与所述电机28输出端固定连接，所述转轴29的另一侧与所述安装架23固定连接。

在本实施方式中，所述驱动器22的所述电机28驱动所述转轴29转动，所述转轴29转动时带动所述安装架23上的所述固定块24向岩体方向转动，直至所述固定块24上的所述保护板27与岩体接触，所述安装架23继续转动使得所述保护板27滑进所述固定块24内并挤压所述复位弹簧25，此时所述插入尖26穿过所述保护板27的通孔并刺入岩体内，对所述外壳10进行固定，测量完成后，所述电机28驱动所述转轴29带动所述安装架23反向转动，使得所述保护板27离开岩体，此时所述复位弹簧25复位并所述插入尖26包围，避免插入尖26刺破使用者的皮肤。

请参阅图6，第二方面，本发明提供了一种适用于深部岩体原位强度多点探测的方法，包括以下步骤：

S101将伸缩组件4固定于钻孔中，显示控制器1驱动伸缩组件4推动定位组件5、水平旋转器6、竖向旋转器7、液压杆8和探测组件9深入钻孔，同时通过液压杆8推动探测组件9刺入岩体内；

具体的，通过所述伸缩组件4的所述固定件将所述外壳10固定在钻孔内。

S102水平旋转器6驱动竖向旋转器7水平旋转并带动探测组件9水平旋转，竖向旋转器7驱动探测组件9竖向旋转，探测组件9旋转过程中对岩体进行测量，得到多个测量数据；

具体的，所述竖向旋转器7的旋转角度范围为0°-90°。

S103采集仪2获取多个测量数据，并将多个测量数据传输给显示控制器1；

具体的，所述显示控制器1通过传输线与所述采集仪2连接。

S104显示控制器1将多个测量数据显示，并求取多个测量数据的平均值得到岩体区域硬度。

具体的，通过计算多个岩体点位的硬度的平均值便可得到该岩体在原位状态下的强度值。

以上所揭露的仅为本发明一种适用于深部岩体原位强度多点探测的装置和方法较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。