钻孔弹模仪获《实用新型专利证书》

研发者简介

李光煜教授

Geo-ExpertsGY型钻孔弹模仪是由中国科学院武汉岩土力学研究所李光煜教授研发而成的。李光煜教授1936年出生,1961年毕业于大连工学院水利系,同年分配到中国科学院武汉岩土力学研究所,长期从事岩土力学及岩土工程研究。曾参与大冶铁矿露天边坡稳定性研究，锦屏、二滩、葛洲坝、三峡等大型水电工程前期研究及施工监测，大瑶山长大铁路隧道修建新技术研究，金川镍矿巷道稳定性研究及北仑港、蒲城、宝鸡等一大批电站桩基桩身应力分布及负摩阻力研究。擅长于岩体初始应力及岩体力学特性现场测试,岩土工程现场监测及监测仪器研制，淤泥土及黄土地区桩基摩阻力、负摩阻力研究。1993年获国务院政府特殊津贴。

1996年退休,现任欧美大地仪器设备中国有限公司及岩泰工程公司顾问。

钻孔弹模仪是什么？

孔内弹模测定器也称钻孔弹模仪(Borehole Jack, Goodman Jack 或NX Boreholejack)。它与钻孔膨胀仪的主要区别为：其一，钻孔膨胀仪是利用柔性的橡胶囊向钻孔孔壁全面加压，测定橡胶囊体积变化或钻孔径向变形以计算变形或弹性模量；而钻孔弹模仪则是利用多个活塞向部分孔壁径向加压（加压块为刚性），同时测定加压方向的径向变形以计算变形或弹性模量。其二，钻孔膨胀仪压力较低，适用于软岩或裂隙岩体；而钻孔弹模仪压力可达60MPa，适用于各种岩体（E=1～100GPa），只要孔径满足要求，试验期间保持孔壁稳定即可。

GY型钻孔弹模仪共有三个型号，分别是GY-75、GY-90和GY-110，其分别适用于Φ75mm、Φ90mm、Φ110mm钻孔，但通过更换厚一些的承压块，它也可用于大一级的钻孔，即GY-75型钻孔弹模仪也可用于Φ90mm钻孔，GY-90型钻孔弹模仪可用于Φ110mm钻孔，GY-110型钻孔弹模仪可用于Φ130mm钻孔。

GY型钻孔弹模仪是在美国古德曼千斤顶（Goodman Jack）的基础上，并吸收了BJ-110钻孔弹模计的优点改进而成。古德曼千斤顶（Goodman Jack）是国际上有代表性的钻孔弹模仪，已作为国际岩石力学委员会（ISRM）的建议方法，用于在钻孔中测定现场岩体的弹性模量。但由于该设备在设计上存在缺陷，其测定值必须经过修正，才能得到真实的弹性模量值。修正系数与岩体弹性模量的高低有关，当真实弹模（Etrue）为70GPa时，实测值（Ecalc）只有约24GPa。经过改进后的GY型钻孔弹模仪则不需修正。

为验证弹性模量测定值的可靠性，将BJ-110钻孔弹模仪放入带有中心孔的铸钢、铸铁及大理岩立方体(360×400×400mm)试件中，并置于5,000kN压力机上进行标定试验，标定结果表明测定值接近真实值（45°线）,不需修正，即Ecalc=Etrue。误差约5-10％(图1)。

图1 BJ-110在铸钢、铸铁及大理岩立方体试件中的标定试验

GY-75型钻孔弹模仪和BJ-110型钻孔弹模仪的原理、主要指标相同，因此其标定结果可共用。此外，在现场测试中，曾将同一测点岩芯（完整且均质、各向同性的巨厚层白云质灰岩）进行室內试验，其弹性模量值和用GY-75型钻孔弹模仪在孔內的现场测定值很接近，误差仅为5％。

特点

• 设备轻便，易携带

• 适用于软岩和硬岩

• 可选Φ75mm、Φ90mm、Φ110mm的型号，避免试验时再打小孔

• 接触压力与油压表压力相一致，滑块结构减少偏心加压

• 选用高防水性的传感器，提高了防水性能

• 采用可装卸式承压块，接触角2β采用45°,增大了接触压力

• 测定值不用修正，实测弹性模量等于真实弹性模量

钻孔弹模仪原理

当向钻孔内壁施加一对径向荷载时，钻孔将同时产生径向变形，显然，变形将随荷载升高而增长，同一量级荷载作用下，高弹性模量岩体中的钻孔变形较小，反之则大，根据荷载和变形的比值即可求出岩体弹性模量值。径向荷载由四个同步加压的圆形活塞提供。为了将活塞及承压块收回，在最外端的两个活塞上增加了低压回路，兼作回程活塞。中间活塞两边各装一个位移传感器，以测定径向变形。

钻孔弹模仪应用

Geo-Experts GY型孔内弹模测定器（也称钻孔弹模仪）为一款新型的岩石原位试验设备，克服了古德曼千斤顶（Goodman Jack）承压板弯曲和孔壁曲率不匹配两大缺陷，所测结果不必进行修正即可得到真实弹模值，可以在钻孔中测定固体介质的变形或弹性模量，主要用于岩体（包括软岩和硬岩），也可用于混凝土或金属。

• 核岛地基杨氏模量的确定

• 断层固结灌浆效果的检测

• 高层建筑基岩弹性模量的确定

• 高陡边坡开挖松弛影响的评估

• 坝基岩体变形模量的确定

钻孔弹模仪组成

整套设备由以下部件组成：标准GY-75（90,110）型岩石钻孔弹模仪探头（内置2个位移传感器），GY型读数显示装置（内置电池），双路高压手动油泵（配高精度油压表一个），50m信号电缆（配绞盘），50m双路高压油管（配绞盘），GY-75（90,110）型试压钢筒及中文版操作说明书。

标准GY-75（90,110）型岩石钻孔弹模仪探头

GY型读数显示装置

双路高压手动油泵

50m信号电缆（配绞盘）

50m双路高压油管（配绞盘）

试压钢筒

运输箱

说明书等配件

现有用户

吉林建筑工程学院

青岛扬亚机械电子有限公司

温州大学

中国矿业大学

江西理工大学

山东科技大学

中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院