技术特征：
1.一种原位岩体模量测量系统，其特征在于：包括控制器、伸缩杆和保护筒，所述伸缩杆下端与所述保护筒上端固定连接，所述保护筒内上下两端均设有孔内支撑结构，所述孔内支撑结构能够通过所述保护筒上的第一通孔向外打开支撑于孔壁上，所述保护筒内固定连接有基座，所述基座上沿竖向滑动连接有送进滑板，所述送进滑板由安装于所述基座上的送进气缸驱动上下滑动，所述送进滑板上设有直角传动转向器、驱动电机和磨削气缸，所述直角传动转向器的输入轴与所述驱动电机输出轴传动连接，所述直角传动转向器的输出轴沿水平方向设置且两端均连接有一个磨削压头，所述直角传动转向器由所述磨削气缸驱动以水平平移，并带动所述磨削压头通过所述保护筒上的第二通孔向外磨削孔壁，所述送进滑板上固定设有液压油缸，所述液压油缸两端分别设有一个液压杆，两个所述液压杆沿水平方向伸缩设置，两个所述液压杆的顶端均设有一个测量压头，所述液压油缸的缸体上设有用于检测两个所述测量压头相对位移的位移传感器，所述测量压头能够通过所述第二通孔对孔壁磨平面进行挤压，所述驱动电机和所述位移传感器均与所述控制器电连接，所述孔内支撑结构、所述送进气缸、所述磨削气缸和所述液压油缸均由所述控制器控制。2.根据权利要求1所述的原位岩体模量测量系统，其特征在于：所述直角传动转向器两端分别固定连接在第一平移板和第二平移板上，所述第一平移板和所述第二平移板分别与直线轴承座光轴的两端固定连接，所述直线轴承座光轴沿水平方向滑动连接在固定于所述送进滑板上的直线轴承座上，所述磨削气缸两端设有两个独立工作的磨削活塞杆，两个所述磨削活塞杆沿水平方向伸缩设置，两个所述磨削活塞杆的顶端分别与所述第一平移板和所述第二平移板固定连接。3.根据权利要求1所述的原位岩体模量测量系统，其特征在于：所述孔内支撑结构包括撑紧气缸、通过连杆连接的第一圆盘和第二圆盘、l形撑紧爪和双锥形体，所述双锥形体为两个锥体尖端对接连接而成，所述撑紧气缸一端通过固定圆盘固定在所述保护筒内，所述撑紧气缸另一端与所述第一圆盘固定连接，所述撑紧气缸的活塞杆穿过所述第一圆盘连接位于所述第一圆盘和所述第二圆盘之间的所述双锥形体，所述第一圆盘朝向所述第二圆盘的一面上沿周向设有多个固定杆，各所述固定杆顶端均转动连接一个所述l形撑紧爪且所述固定杆与所述l形撑紧爪的拐角处转动连接，所述l形撑紧爪的一个直角边设置于所述双锥形体的两个锥面之间，所述撑紧气缸的活塞杆的伸缩能够带动各所述l形撑紧爪转动以打开支撑于孔壁上或收缩于所述保护筒内，所述撑紧气缸由所述控制器控制。4.根据权利要求1所述的原位岩体模量测量系统，其特征在于：所述驱动电机固定连接在所述送进滑板上，所述驱动电机输出轴与所述直角传动转向器的输入轴通过万向传动节传动连接。5.根据权利要求1所述的原位岩体模量测量系统，其特征在于：所述控制器包括输入器和显示器，所述显示器用于显示气压参数信息、油压参数信息及所述测量压头的位移参数信息。6.根据权利要求1所述的原位岩体模量测量系统，其特征在于：所述位移传感器外设有密封盖，所述密封盖通过螺栓固定在所述液压油缸的缸体上，所述密封盖与所述液压油缸的缸体之间使用密封圈密封。7.根据权利要求2所述的原位岩体模量测量系统，其特征在于：所述磨削气缸两端均设有一个复位弹簧，两个所述复位弹簧一端均固定在所述磨削气缸的缸体上，另一端分别固
定在所述第一平移板和所述第二平移板上，在所述磨削压头磨平孔壁曲面后，所述磨削气缸卸压至中位依靠所述复位弹簧的回弹力能够使所述磨削压头复位到初始状态。8.根据权利要求1所述的原位岩体模量测量系统，其特征在于：所述测量压头为刚性圆形测量压头，所述测量压头能够与孔壁磨平面吻合。9.根据权利要求3所述的原位岩体模量测量系统，其特征在于：所述保护筒顶端设有总线路孔，所述保护筒外设有气泵、液压泵、气缸电磁阀和液压电磁阀，所述气缸电磁阀和所述液压电磁阀均与所述控制器电连接，所述气泵通过所述气缸电磁阀分别连接所述送进气缸、所述磨削气缸和所述撑紧气缸，所述液压泵通过所述液压电磁阀连接所述液压油缸，所述气缸电磁阀连接所述送进气缸、所述磨削气缸和所述撑紧气缸的气路管线通过所述总线路孔由筒外伸入筒内，所述液压电磁阀连接所述液压油缸的液压管线通过所述总线路孔由筒外伸入筒内，所述控制器连接所述驱动电机和所述位移传感器的线路通过所述总线路孔由筒外伸入筒内。10.一种原位岩体模量测量方法，其特征在于：采用权利要求1～9中任意一项所述的原位岩体模量测量系统进行测量，包括以下步骤：s1：通过所述伸缩杆将所述保护筒送到钻孔内指定位置，打开所述孔内支撑结构，将所述保护筒固定在指定位置；s2：启动所述驱动电机，通过所述磨削气缸带动所述磨削压头在钻孔两侧磨平孔壁，获得2个以钻孔轴线为对称线且相互平行的圆形平面，2个圆形平面之间的垂直距离大于钻孔直径，之后，停止所述驱动电机，将所述磨削压头复位到初始状态；s3：由所述控制器控制所述送进滑板移动，将所述测量压头对准圆形平面，通过所述液压油缸控制两侧的所述测量压头同时伸出，两侧的所述测量压头施加至圆形平面的压力相同，所述测量压头与圆形平面完全耦合后，开始缓慢加压至p1，所述位移传感器记录p1作用下两个圆形平面的和位移l1，然后继续加压至p2，所述位移传感器记录p2作用下两个圆形平面的和位移l2；s4：将所述测量压头复位，将所述送进滑板复位到初始状态；s5：旋转所述保护筒一定角度到另一目标位置，重复步骤s2～s4；s6：根据式(1)计算得到所述测量压头接触面上的应力差δσ：式中：d——液压油缸的内径；d——测量压头直径；p1——两个圆形平面的和位移为l1时液压油的加载压强；p2——两个圆形平面的和位移为l2时液压油的加载压强；根据式(2)计算得到两个圆形平面在p1和p2时的和位移的位移差：δl＝l
2-l
1 (2)式中：l1——p1作用下两个圆形平面的和位移；l2——p2作用下两个圆形平面的和位移；根据式(3)计算得到岩体弹性模量：
式中：k
b
——包括三维效应系数以及与弯曲效应有关的系数，根据率定确定；ν——岩体的泊松比；在计算机上将计算得到的各弹性模量值进行描点做图拟合，求出最终弹性模量。
技术总结
本发明公开一种原位岩体模量测量系统与方法，包括控制器、伸缩杆和保护筒，伸缩杆与保护筒固定连接，保护筒内上下两端均设有孔内支撑结构，保护筒内固定连接有基座，基座上滑动连接有送进滑板，送进滑板由送进气缸驱动，送进滑板上设有直角传动转向器、驱动电机和磨削气缸，直角传动转向器与驱动电机传动连接，直角传动转向器的输出轴沿水平方向设置且两端均连接有磨削压头，直角传动转向器由磨削气缸驱动以水平平移，并带动磨削压头通过第二通孔向外磨削孔壁，送进滑板上固定设有液压油缸，液压油缸两端的液压杆顶端均设有一个测量压头，液压油缸的缸体上设有位移传感器。本发明简化测量装置，提高测量精度，扩大适用范围，降低造价成本。低造价成本。低造价成本。
技术研发人员：江权 陈朋飞 冯夏庭 刘建坡 赵贺蕊 汪昕 辛杰
受保护的技术使用者：中国科学院武汉岩土力学研究所
技术研发日：2022.07.06
技术公布日：2022/10/13