为ASR法试样快速准确定向粘贴应变片的装置及试验方法与流程

本发明涉及岩体工程领域，特别涉及为asr法试样快速准确定向粘贴应变片的装置及试验方法。

背景技术：

1、地应力是指地壳中的岩体在天然状态下所具有的内在应力。地壳应力环境变化是导致地壳变形、断裂、褶皱乃至地震发生的最直接动因，同时地应力是确定工程岩土力学属性，进行围岩稳定性分析，实现岩土工程开挖设计和决策科学化的必要前提，地应力状态对研究地震诱发、区域地壳稳定性评价、油井孔壁稳定性、岩爆及板块运动等一系列科学问题具有重要意义。天然地应力场目前只能通过现场测量的方法来获取岩体内的应力状态，而不能像其他材料一样可通过理论计算得到。

2、非弹性应变恢复法(又称asr法)是近年发展起来的三维地应力测量方法，其原理为假定岩石具有流变性，是各向同性的粘弹性组合体。当岩心被钻取脱离原始地应力场后，将发生应力恢复，首先是瞬间完成的弹性应变恢复，后续为缓慢的非弹性应变恢复，如图1所示，非弹性应变的恢复量与卸载之前的载荷量有关，因而可以由岩芯的非弹性恢复量推算原地应力。

3、asr法即可以与钻孔崩落法、水压致裂法联合使用，互相印证，为地应力测量补充更丰富的资料，另外相比其他方法，asr法可以满足不断增加的深部应力状态测量的研究需求，准确性高，适用范围广，且测试成本较低。目前，国内外asr法都面临着岩芯从取出到测量期间少则五六个小时，多则十几个小时的非弹性应变数据缺失的问题。岩芯刚从岩体中取下的前几个小时是非弹性应变变化最快的阶段，岩芯被取下后开始测量的越早，得到的非弹性应变数据越完整，对应岩体的地应力也越准确，所以这段时间的数据至关重要，极大影响到数据的正确的与精确度。但是传统的方法应变片的正确有效粘贴不仅繁琐，耗时长，还取决于工作人员的熟练度，这极大的阻碍了asr法在深井深地深海的地应力测量中的实际应用，也阻碍了将asr法测地应力技术向更深更远的实用化阶段的推广。

技术实现思路

1、本发明提供了一种为asr法试样快速准确定向粘贴应变片的装置及试验方法，其目的是为了解决现有技术中应变片粘贴繁琐，耗时长，依赖操作人员熟练度的问题。

2、为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种为asr法试样快速准确定向粘贴应变片的装置，用于制作应变花的制作单元和用于将应变花粘贴在待测岩心上的快速定位单元；

3、所述制作单元包括塑形模具，所述塑形模具包括上模具和下模具，所述上模具上设置有浇筑孔，所述下模具的上表面凸起形成与待测岩心接触面弧度一致的第一弧面，所述上模具的下表面与所述下模具的上表面形状契合，所述下模具上表面上还设置有纵向标示线和横向标示线，若干所述横向标示线平行设置，所述纵向标示线垂直所述横向标示线设置；

4、所述快速定位单元包括快速安装环和高压气源，所述快速安装环包括同心设置的内环和外环，所述内环和外环构成一密封的环腔，所述内环上设置有三个贴合孔，所述任意相邻两个贴合孔在径向方向上的夹角为120°，所述环腔与所述高压气源连通。

5、优选地，所述内环的侧壁外上还形成有沿内环径向方向向外环凸起的凸起部，任意相邻两个凸起部在内环径向方向上的夹角为120°，所述凸起部上设置有与贴合孔形状相同的贴合通道，所述贴合孔位于所述贴合通道的末端；

6、所述外环上设置有气嘴，所述气嘴与所述贴合通道、贴合孔共线，所述气嘴与所述高压气源连通。

7、优选地，所述快速定位单元还包括安装支架，所述安装支架包括底盘，所述底盘上设置有用于固定待测岩心的固定结构，所述底板上还设置有若干支柱，所述支柱上设置有夹持单元，所述夹持单元滑动设置在所述支柱上并能固定在支柱上任一位置，所述夹持单元用于夹持外环。

8、优选地，为asr法试样快速准确定向粘贴应变片的装置还包括脚线线架，脚线线架可拆卸的设置在所述上模具上，所述脚线线架用于支撑应变花的脚线。

9、优选地，为asr法试样快速准确定向粘贴应变片的装置还包括取模器，所述取模器的前端形状与浇筑孔的形状相同，取模器的前端凸起形成凸形头，所述凸形头具有与待测岩心弧度一致的第二弧面。

10、一种试验方法，采用前述的为asr法试样快速准确定向粘贴应变片的装置，其特征在于，包括如下步骤：

11、s1.制作应变花：在钻取岩心前，根据钻取设备获得岩心接触面的弧度，并根据获得的弧度制作应变花，每个应变花包括一对应变片组，每个应变片组包括一对应变片，其中一个应变片组的两个应变片呈“一i”形固定，另一个应变片组的两个应变片呈正45°和负45°垂直固定，在浇筑孔内滴入柔性胶固定各个应变片的位置，柔性胶固化后，取出应变花；

12、s2.装填应变花：将制作好的应变花放入贴合孔内，保持应变花具有应变片的一面朝向内环的圆心，并在应变花朝向内环圆心的一面涂覆胶水，将环腔与高压气源连通；

13、s3.粘贴应变花：从岩体中钻取待测岩心，并将快速安装环套设在待测岩心上，开启并维持高压气源，应变花在高压气源的作用下粘结于待测岩心的侧面，粘结结束后取下快速安装环；

14、s4.测量待测岩心的非弹性应变：将各个应变花的脚线与应变仪的引线连接，保持测量期间待测岩心的孔隙压力和温度不变，应变仪持续测量待测岩心的非弹性应变值并记录；

15、s5.进行蠕变试验，将待测岩心加工至长度100mm，并保留应变花，对加工后的岩心进行单轴压缩定载荷下48小时的蠕变试验，并获得剪切和体积变形模式下的非弹性应变恢复柔量；

16、s6.通过获得的剪切和体积变形模式的非弹性应变恢复柔量和非弹性应变值计算得到岩心所对应区域的地应力大小和方向。

17、优选地，在步骤s1中，在下模具的上表面贴有粘接剂，呈“一i”形固定的应变片组的应变片由第一应变片和第二应变片构成，第一应变片沿横向标示线通过粘接剂横向贴合在下模具的上表面，第二应变片沿纵向标示线通过粘接剂纵向贴合在下模具的上表面，且第二应变片垂直于第一应变片的端部；

18、呈正45°和负45°垂直粘贴的应变片组由第三应变片和第四应变片构成，第三应变片与纵向标示线的夹角为负45°，第四应变片与纵向标示线的夹角为正45°，第三应变片和第四应变片通过粘接剂贴合在下模具的上表面。

19、优选地，从岩体中钻取试样，并将试样进行截取形成待测岩心，待测岩心的长度不小于20cm，

20、对岩心的表面进行处理、清理以及风干，使应变花组充分粘结在岩心上。

21、优选地，在步骤s4中，将成型后的应变花组的每个应变片的脚线连接杜邦端子的公头，应变仪的接线采用杜邦端子的母头连接，将公头和母头连接在一起，采用保鲜膜将岩心表面缠绕，然后再用塑料袋封装，并将封装后的岩心放入恒温水浴箱内；

22、应变仪连接不间断电源，确保非弹性应变柔度测量期间不断电，测量期间为5-7天。

23、优选地，在步骤s5中，连接每个应变花内轴向和径向的应变片，获得径向非弹性恢复应变和轴向非弹性恢复应变，并计算获得剪切和体积变形模式的非弹性应变恢复柔量。

24、本发明的上述方案有如下的有益效果：

25、在本技术中，采用预先制作应变花的方式，将在待测岩心上贴设应变片的方式提前到了取出待测岩心前，利用塑形模具的横纵向标示线提前确定好各个应变片的相对位置并制作应变花，后续利用快速定位单元将应变花贴合于待测岩心上，缩短了粘贴应变片的时间，确保非弹性应变数据完整性，从而获得岩体的地应力更加准确。

26、本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。