本发明涉及岩土工程的原位测量地应力，尤其涉及一种测量断层破碎带地应力的装置及使用方法。
背景技术：
1、断层破碎带的力学强度低，使得在断层破碎带中进行地应力的有效测试非常困难，存在很大的局限性和测量误差。
2、测量地应力的主流传统方法包括应力解除法和水压致裂法。然而，这两种方法均主要适用于完整岩体的环境，对于像断层破碎带这样的破碎岩体环境，它们难以进行地应力测试。另外，存在一种基于流变应力恢复原理的深部软岩地应力测试技术，尽管它能有效评估煤矿深部松散围岩中的地应力，但该技术有其局限性，即只能针对特定测点进行准确测试。并且，深部软岩地应力测试技术采用的压力盒被混凝土砂浆包裹，不与岩体直接接触，这种间接的接触方式，由于砂浆与岩体之间弹性模量的差异，往往会导致地应力测试结果的误差显著增大。
3、因此，如何提出一种测量断层破碎带地应力的装置，使其能够达到有效测试断层破碎带的地应力的技术效果，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、有鉴于现有技术中存在的问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够有效测试断层破碎带的地应力的测试装置.。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种测量断层破碎带地应力的装置，所述测量断层破碎带地应力的装置包括：pvc管；中空连接杆，所述中空连接杆呈筒状结构，所述中空连接杆的一端开设有若干个中空杆通孔，若干个所述中空杆通孔以所述中空连接杆的中心轴为轴心均匀分布在所述中空连接杆的侧壁上，所述中空连接杆位于所述pvc管的内部；自动伸缩压力测试组件，所述自动伸缩压力测试组件包括与若干个所述中空杆通孔的数量相适配的若干个可伸缩液压杆、与若干个可伸缩液压杆数量相适配的若干个弧形钢块，以及与若干个弧形钢块数量相适配的若干个弧形压力测试片；每一个所述中空杆通孔与每一个所述可伸缩液压杆一一对应分布，每一个所述可伸缩液压杆的顶部穿过相对应的一个所述中空杆通孔，所述可伸缩液压杆的顶部位于所述中空连接杆内；每一个所述可伸缩液压杆与对应分布的一个所述弧形钢块固定连接；每一个所述弧形钢块与对应分布的一个所述弧形压力测试片固定连接；若干个所述可伸缩液压杆、若干个所述弧形钢块和若干个所述弧形压力测试片均位于所述pvc管内；与若干个所述可伸缩液压杆的数量相适配的若干个液压导线，每一个所述液压导线的一端与对应的一个所述可伸缩液压杆连接；加压组件，所述加压组件的一端与若干个所述液压导线的另一端连接；其中，每一个所述可伸缩液压杆与对应分布的所述弧形钢块的连接端设置有液压接口，每一个所述液压导线的一端与相对应的所述液压接口连接。
3、在第一方面中，每一个所述弧形钢块的内侧中心开设有液压螺纹孔，每一个所述可伸缩液压杆的尾部呈螺纹状，每一个所述可伸缩液压杆的尾部与对应的一个所述液压螺纹孔相适配；每一个所述弧形钢块的外侧中心开设有测试片螺纹孔，每一个所述弧形压力测试片上的中心位置设置有螺纹杆，每一个所述螺纹杆与每一个所述测试片螺纹孔相适配。
4、在第一方面中，所述中空连接杆包括：第一中空杆，所述第一中空杆包括两个第一半圆形钢管，两个所述第一半圆形钢管通过第一圆箍拼接构成筒状结构，所述第一中空杆的一端的内侧呈螺纹状；第二中空杆，所述第二中空杆包括两个第二半圆形钢管，两个所述第二半圆形钢管通过第二圆箍拼接构成筒状结构，所述第二中空杆的一端的外侧呈螺纹状；其中，所述第一中空杆的内径长度与所述第二中空杆的外径长度相同，所述第一中空杆与所述第二中空杆螺纹连接；所述第二中空杆的另一端开设有所述若干个中空杆通孔，若干个所述中空杆通孔以所述第二中空杆的中心轴为轴心均匀分布在所述第二中空杆的侧壁上，所述可伸缩液压杆的顶部位于所述第二中空杆内；所述第二中空杆上位于每一个所述可伸缩液压杆的一侧侧壁上开设有一穿线孔，每一个所述液压导线的另一端依次穿过相对应的所述穿线孔、所述第二中空杆、所述第一中空杆与所述加压组件连接。
5、在第一方面中，所述测量断层破碎带地应力的装置还包括数据采集系统，其中，每一个所述可伸缩液压杆的顶部设置有位移传感器，每一个所述位移传感器与所述数据采集系统连接。
6、在第一方面中，所述自动伸缩压力测试组件还包括：若干组弧形压力测试片导线，每一组所述弧形压力测试片导线的一端与相对应的一个所述弧形压力测试片连接；每一组所述弧形压力测试片导线包括两个所述弧形压力测试片导线，一个所述弧形压力测试片导线的一端与相对应的一个所述弧形压力测试片的一端连接，另一个所述弧形压力测试片导线的一端与相对应的一个所述弧形压力测试片的另一端连接；与若干组所述弧形压力测试片导线的组数相适配的若干组测试片导线孔，每一个所述弧形钢块上开设有一组测试片导线孔，每一组所述测试片导线孔包括两个所述测试片导线孔；每一个所述弧形压力测试片导线与相对应的所述弧形压力测试片的连接点，和每一个所述测试片导线孔一一对应分布，每一个所述测试片导线孔与每一个所述弧形压力测试片导线相适配；其中，每一个所述弧形压力测试片导线的一端与相对应的所述弧形压力测试片连接，每一个所述弧形压力测试片导线的另一端依次穿过相对应的所述测试片导线孔、相对应的所述穿线孔、所述第二中空杆和所述第一中空杆与所述数据采集系统连接。
7、在第一方面中，所述自动伸缩压力测试组件还包括：橡胶圈，所述橡胶圈呈圆柱中空结构，所述橡胶圈的柱体上开设有与若干个所述螺纹杆数量相适配的若干个螺纹穿孔，每一个所述螺纹杆与每一个所述螺纹穿孔一一对应分布，所述橡胶圈套设在若干个所述弧形钢块上，以将若干个所述弧形钢块和若干个所述可伸缩液压杆罩设在内；所述橡胶圈位于每一个所述弧形钢块和每一个所述弧形压力测试片之间，每一个所述螺纹杆穿过相对应的所述螺纹穿孔与对应的一个所述弧形钢块(32)连接；其中，所述橡胶圈的两端对称开设有两个中空杆穿孔，所述第二中空杆的另一端依次穿过两个所述中空通孔，两个所述中空杆穿孔紧贴所述第二中空杆的外侧壁。
8、在第一方面中，所述可伸缩液压杆的数量为4。
9、在第一方面中，所述弧形压力测试片的的中心轴与所述第一中空杆和/或所述第二中空杆的中心轴在同一条直线上。
10、本发明还提供了一种测量断层破碎带地应力的装置的使用方法，用于上述的一种测量断层破碎带地应力的装置的使用，所述使用方法包括：通过当地收集的地质资料与现场勘查，确定断层破碎带的钻孔位置，利用钻孔设备在定位的钻孔位置进行钻孔，钻取直径为d和深度为h的测试孔，无设计规定时，最终成孔位置偏差不大于10cm，孔斜误差不超过2％；在pvc管的表面涂抹润滑剂，并放置于所述测试孔中；组装中空连接杆，并将所述中空连接杆与自动伸缩压力测试组件进行组装，将液压导线穿过所述中空连接杆与加压组件连接，将位移传感器导线和弧形压力测试片导线穿过所述中空连接杆后分别与数据采集系统电连接；然后将组装好的所述中空连接杆与所述自动伸缩压力测试组件放入所述pvc管中至设计测试深度；在测试深度为h1处，将所述pvc管拉拔至所述自动伸缩压力测试组件全部露出所述pvc管，打开所述数据采集系统开始实时监测压力数据，开启所述加压组件使可伸缩液压杆伸长对弧形钢块和弧形压力测试片加压，所述使弧形压力测试片紧贴所述测试孔壁，当测试得到的压力值稳定后停止采集压力数据和加压，采集的压力数据为σ11，然后将所述自动伸缩压力测试组件按θ角度旋转，继续加压至压力值稳定并采集压力数据σ12，然后停止采集压力数据和加压，之后继续旋转θ角度并继续加压至压力值稳定并采集压力数据σ13，继续按θ角度旋转加压测压，直至旋转至测试σ11的位置，完成h1深度下断层破碎带地应力的测试；接着所述可伸缩液压杆收缩，将组装好的所述中空连接杆与所述自动伸缩压力测试组件向上提升至新的测试深度h2，同时继续拉拔所述pvc管至所述自动伸缩压力测试组件全部露出所述pvc管，然后通过所述加压组件使所述可伸缩液压杆伸长对所述弧形钢块和所述弧形压力测试片加压，使所述弧形压力测试片紧贴所述测试孔壁，当测试得到的压力值稳定后停止采集压力数据和加压，采集的压力数据为σ21，然后将所述自动伸缩压力测试组件按θ角度旋转，继续加压至压力值稳定并采集压力数据σ22，然后停止采集压力数据和加压，之后继续旋转θ角度并继续加压至压力值稳定并采集压力数据σ23，继续按θ角度旋转加压测压，直至旋转至测试σ21的位置，完成h2深度下断层破碎带地应力的测试完成该深度下断层破碎带地应力的测试，重复上述操作，直至测完所述测试孔中所有需要测试的深度h1，h2，h3，......，hn下的压力值，得到相应深度下采集的所述弧形压力测试片测试的压力值σh1{σ11，σ12，σ13，σ14…σ1n}，σh2{σ21，σ22，σ23，σ24…σ2n}，σh3{σ31，σ32，σ33，σ34…σ3n}，.....，{σn1，σn2，σn3，σn4…σnn}；同时回收所述pvc管、所述中空连接杆和所述自动伸缩压力测试组件，以便下个测试孔的使用，所述n＝360°/θ；所述断层破碎带的垂直地应力σv＝γ×h，γ表示岩体的容重，h表示测试的深度；所述断层破碎带的最大水平地应力σh，max＝max{max{σ11，σ12，σ13，σ14…σ1n}，max{σ21，σ22，σ23，σ24…σ2n}，max{σ31，σ32，σ33，σ34…σ3n}，…，max{σn1，σn2，σn3，σn4…σnn}}；所述断层破碎带的最小水平地应力σh，min＝min{min{σ11，σ12，σ13，σ14…σ1n}，min{σ21，σ22，σ23，σ24…σ2n}，min{σ31，σ32，σ33，σ34…σ3n}，…，min{σn1，σn2，σn3，σn4…σnn}}，同时根据所述测试步骤中的旋转角度θ确定最大水平地应力和最小水平地应力的方向。
11、在第二方面中，所述测试孔的直径与所述pvc管的外径相同；所述θ角度与所述弧形压力测试片的角度相同。
12、有益效果：
13、与现有技术相比，本发明测量断层破碎带地应力的装置主要由pvc管、中空连接杆、液压导线和加压组件构成，pvc管的外径与测试孔的孔径一致，用于在测试过程中插入测试孔中来防止测试孔坍塌和便于放置中空连接杆和加压组件，适用于断层破碎带地应力的测试，在pvc管的表面需涂润滑剂，便于pvc管的放置与拔出，操作简单；中空连接杆为筒状结构，在中空连接杆的一端开设有若干中空杆通孔，中空杆通孔绕着中空连接杆的轴心均匀分布，每一个中空杆通孔具有与之位置相对应的可伸缩液压杆，用于可伸缩液压杆的顶端穿过中空杆通孔并位于中空连接杆中，从而将可伸缩液压杆与中空连接杆连接在一起；自动伸缩压力测试组件包括可伸缩液压杆、弧形钢块和弧形压力测试片，可伸缩液压杆的尾部与弧形钢块固定连接，弧形钢块数量与可伸缩液压杆的数量相同，可伸缩液压杆两个为一组，每一组可伸缩液压杆以可伸缩液压杆的顶端为对称点对称分布，通过在可伸缩液压杆的尾部固定弧形钢块，使弧形钢块构成圆柱中空结构的外围框架，弧形钢块与弧形压力测试片的数量相同，弧形压力测试片固定在弧形钢块的外侧，且弧形压力测试片紧贴着弧形钢块设置，使弧形钢块受可伸缩液压杆伸长压力加载时弧形压力测试片测的压力值更加准确，同时，弧形压力测试片的横切面为以中空连接杆的轴心为圆心的圆，在可伸缩液压杆受加载组件加载压力伸长时，使弧形压力测试片可贴合测试孔壁，使弧形压力测试片测试的地应力值数据更加准确，可有效测量断层破碎带的地应力。同时，可伸缩液压杆的自动伸缩便于测量断层破碎带地应力的装置进行回收。
1.一种测量断层破碎带地应力的装置，其特征在于，所述测量断层破碎带地应力的装置包括：
2.如权利要求1所述的一种测量断层破碎带地应力的装置，其特征在于：每一个所述弧形钢块(32)的内侧中心开设有液压螺纹孔，每一个所述可伸缩液压杆(31)的尾部呈螺纹状，每一个所述可伸缩液压杆(31)的尾部与对应的一个所述液压螺纹孔相适配；每一个所述弧形钢块(32)的外侧中心开设有测试片螺纹孔，每一个所述弧形压力测试片上的中心位置设置有螺纹杆(34)，每一个所述螺纹杆(34)与每一个所述测试片螺纹孔相适配。
3.如权利要求2所述的一种测量断层破碎带地应力的装置，其特征在于，所述中空连接杆(2)包括：
4.如权利要求3所述的一种测量断层破碎带地应力的装置，其特征在于：所述测量断层破碎带地应力的装置还包括数据采集系统(6)，其中，每一个所述可伸缩液压杆(31)的顶部设置有位移传感器，每一个所述位移传感器与所述数据采集系统(6)连接。
5.如权利要求4所述的一种测量断层破碎带地应力的装置，其特征在于，所述自动伸缩压力测试组件还包括：
6.如权利要求5所述的一种测量断层破碎带地应力的装置，其特征在于，所述自动伸缩压力测试组件还包括：
7.如权利要求6所述的一种测量断层破碎带地应力的装置，其特征在于：所述可伸缩液压杆(31)的数量为4。
8.如权利要求7所述的一种测量断层破碎带地应力的装置，其特征在于：所述弧形压力测试片(33)的中心轴与所述第一中空杆(21)和/或所述第二中空杆(23)的中心轴在同一条直线上。
9.一种测量断层破碎带地应力的装置的使用方法，用于任一项如权利要求1～8所述的一种测量断层破碎带地应力的装置的使用，其特征在于，所述使用方法包括：
10.如权利要求9所述的一种测量断层破碎带地应力的装置，其特征在于：所述测试孔的直径与所述pvc管的外径相同；所述θ角度与所述弧形压力测试片的角度相同。
