本發明屬于巖體力學試驗的，具體涉及一種非豎直水壓致裂地應力測試變徑對中裝置及使用方法。

背景技術：

1、地應力，指地層中天然存在的、沒有受到任何人為或者工程擾動的初始應力。土建和礦山工程中礦井、豎井、隧道、洞室等地下開口的穩定性在很大程度上取決于地應力的分布和大小。在施工過程中，對巖體進行的破壞或者擾動，就會使巖體自然形成的應力變形，導致巖體內部應力重新排列和分布，原來屬于彈性狀態的巖體可能會轉變為塑性狀態，甚至會導致破碎。因此，地應力測量與研究一直以來都是工程界科研人員關心的熱點之一。

2、常規水壓致裂法地應力測試主要有豎直孔水壓致裂法地應力測試和非豎直孔水壓致裂法地應力測試。在豎直孔中進行水壓致裂法地應力測試時一般可通過鉆機對中找平實現變徑對中，操作相對簡單。在非豎直孔中進行水壓致裂法地應力測試，鉆機往往不太便于進行變徑對中，未進行對中就開始下放設備會導致地應力測量設備偏移卡鉆。導致地應力測試耗時耗力，測試效率低下。

3、目前解決的辦法主要采用以下措施：試驗下設備時通過羅盤測量角度，從設備下放到鉆桿每一根下放都按照特定的角度，此方法會導致下鉆速度大大減慢，同時鉆機操作人員也比較耗費體力。因此，研究一種非豎直孔水壓致裂地應力測試用變徑對中裝置可以幫助降低非豎直孔水壓致裂法的安裝難度，對提高地應力測量結果精度和保障生產進度具有重大意義。

技術實現思路

1、針對上述存在的技術不足，本發明的目的是提供一種安裝難度小、精度高、可重復利用的非豎直孔水壓致裂地應力測試用變徑對中裝置及使用方法。

2、解決上述問題采用的技術方案是，一種非豎直孔水壓致裂地應力測試用變徑對中裝置，包括套筒組件和自緊對中組件，套筒組件包括上套筒和多組滑輪，滑輪通過輪軸半內嵌于上套筒外壁上；自緊對中組件包括下套筒、多個軸向伸縮彈簧、多個徑向伸縮彈簧、多個夾片、后蓋，上套筒與下套筒連為一體，上套筒的內徑小于與下套筒的內徑，使上套筒與下套筒連接處形成有臺階，多個夾片沿徑向分布于下套筒內部，軸向伸縮彈簧一端連接在上套筒底部的臺階上，另一端與夾片一頂端連接，徑向伸縮彈簧一端固定在下套筒內壁，另一端與夾片的側壁連接，使夾片彈性地懸掛在下套筒內部，帶有通孔的后蓋位于下套筒底部。

3、所述上套筒為空心圓柱體，通過螺紋與自緊對中組件連接，內徑大于水壓致裂設備外徑，外徑小于鉆孔直徑。

4、所述上套筒外壁開有凹槽，滑輪通過輪軸內嵌于上套筒外壁，滑輪一半位于上套筒外壁凹槽內，另一半露出，能與鉆孔內壁相切。

5、所述滑輪軸向分布為三組，每組滑輪(2)沿徑向均勻分布四個。

6、所述軸向彈簧沿上套筒底部臺階上的凹槽環向均勻分布，軸向彈簧另一端與夾片頂端凹槽連接。

7、所述夾片為楔形形體，沿對中裝置內部環向分布，夾片朝向上套筒一側較薄，夾片朝向自緊對中組件部分逐漸變厚。

8、所述夾片頂端設置有軸向凹槽，徑向側壁設置徑向凹槽，軸向凹槽與軸向伸縮彈簧相連，徑向凹槽與徑向伸縮彈簧相連。

9、所述徑向伸縮彈簧一側與夾片徑向凹槽相連，另一側與下套筒內壁的凹槽相連。

10、所述后蓋，軸向一側通過絲扣與對下套筒連接，內徑大于水壓致裂設備外徑，外徑小于鉆孔直徑。

11、如上述非豎直孔水壓致裂地應力測試用變徑對中裝置的使用方法，包括如下步驟：

12、步驟一：在預定要測量的非豎直水壓致裂鉆孔中，將非豎直孔水壓致裂地應力測試用變徑對中裝置放于鉆孔中，端部略伸出孔口；

13、步驟二：將水壓致裂設備放入非豎直孔水壓致裂地應力測試用變徑對中裝置中，將裝置推入孔中上套筒與下套筒的交界處，此時繼續將水壓致裂設備推進，夾片形成錐形通道夾住水壓致裂設備，設備剛好對中進入孔中，并隨后到達試驗的預定位置；

14、步驟三：安裝裝置到達預定位置后，完成試驗，開始往上提取水壓致裂設備，設備到達變徑交界處的非豎直孔水壓致裂地應力測試用變徑對中裝置中時，水壓致裂設備到達夾片形成的錐形小口外，帶著對中裝置一起出孔口。

15、本發明有益效果在于：避免了因角度偏移產生的卡鉆，影響試驗結果，保障了安裝效率。采用帶有滑輪的套筒，方便快捷省力的推進鉆孔中，提高試驗效率。本發明自緊對中組件能在試驗完成后隨設備一起出孔，能重復利用。結構簡單，便于運輸和組裝，試驗時直接滑進洞口即可完成安裝，降低了生產成本，提高生產效率。

技術特征：

1.一種非豎直孔水壓致裂地應力測試用變徑對中裝置，其特征在于，包括套筒組件和自緊對中組件，套筒組件包括上套筒(1)和多組滑輪(2)，滑輪(2)通過輪軸半內嵌于上套筒(1)外壁上；自緊對中組件包括下套筒(3)、多個軸向伸縮彈簧(4)、多個徑向伸縮彈簧(5)、多個夾片(6)、后蓋(7)，上套筒(1)與下套筒(3)連為一體，上套筒(1)的內徑小于與下套筒(3)的內徑，使上套筒(1)與下套筒(3)連接處形成有臺階，多個夾片(6)沿徑向分布于下套筒(3)內部，軸向伸縮彈簧(4)一端連接在上套筒(1)底部的臺階上，另一端與夾片(6)一頂端連接，徑向伸縮彈簧(5)一端固定在下套筒(3)內壁，另一端與夾片(6)的側壁連接，使夾片(6)彈性地懸掛在下套筒(3)內部，帶有通孔的后蓋(7)位于下套筒(3)底部。

2.根據權利要求1所述非豎直孔水壓致裂地應力測試用變徑對中裝置，其特征在于，所述上套筒(1)為空心圓柱體，通過螺紋與自緊對中組件連接，內徑大于水壓致裂設備外徑，外徑小于鉆孔直徑。

3.根據權利要求1所述非豎直孔水壓致裂地應力測試用變徑對中裝置，其特征在于，所述上套筒(1)外壁開有凹槽，滑輪(2)通過輪軸內嵌于上套筒外壁，滑輪一半位于上套筒外壁凹槽內，另一半露出，能與鉆孔內壁相切。

4.根據權利要求3所述非豎直孔水壓致裂地應力測試用變徑對中裝置，其特征在于，所述滑輪(2)軸向分布為三組，每組滑輪(2)沿徑向均勻分布四個。

5.根據權利要求1所述非豎直孔水壓致裂地應力測試用變徑對中裝置，其特征在于，所述軸向彈簧(4)沿上套筒底部臺階上的凹槽環向均勻分布，軸向彈簧(4)另一端與夾片(6)頂端凹槽連接。

6.根據權利要求1所述非豎直孔水壓致裂地應力測試用變徑對中裝置，其特征在于，所述夾片(6)為楔形形體，沿對中裝置內部環向分布，夾片(6)朝向上套筒一側較薄，夾片(6)朝向自緊對中組件部分逐漸變厚。

7.根據權利要求1所述非豎直孔水壓致裂地應力測試用變徑對中裝置，其特征在于，所述夾片(6)頂端設置有軸向凹槽，徑向側壁設置徑向凹槽，軸向凹槽與軸向伸縮彈簧相連，徑向凹槽與徑向伸縮彈簧(5)相連。

8.根據權利要求7所述非豎直孔水壓致裂地應力測試用變徑對中裝置，其特征在于，所述徑向伸縮彈簧(5)一側與夾片(6)徑向凹槽相連，另一側與下套筒(3)內壁的凹槽相連。

9.根據權利要求1所述非豎直孔水壓致裂地應力測試用變徑對中裝置，其特征在于，所述后蓋(7)，軸向一側通過絲扣與對下套筒(3)連接，內徑大于水壓致裂設備外徑，外徑小于鉆孔直徑。

10.如權利要求1-9任一項所述非豎直孔水壓致裂地應力測試用變徑對中裝置的使用方法，其特征在于，包括如下步驟：

技術總結
本發明公開了一種非豎直孔水壓致裂地應力測試用變徑對中裝置及使用方法，用于地應力測量技術領域。由套筒組件和自緊對中組件兩部分組成；套筒組件包括上套筒、滑輪等；自緊對中組件包括下套筒、軸向伸縮彈簧、徑向伸縮彈簧、夾片、后蓋。該裝置結構簡單，自動化程度高，可重復利用，可以完成非豎直孔水壓致裂地應力測試變徑對中，解決了該測試方法測量困難較大的問題，對非豎直孔水壓致裂地應力測量具有重要意義。

技術研發人員：甘俊,白金朋,董延安,李耀,史仲明,駱帥,彭銀邦,臧春喜
受保護的技術使用者：中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/6