(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210615616.4 (22)申请日 2022.06.01 (71)申请人 中核勘察设计 研究有限公司 地址 450003 河南省郑州市金 水区农业路 74号 (72)发明人 刘琳　邓小宁　陈静　孙延军　 胡石磊　李静　翟彦军　王芝明　 张欣　姜丽　 (74)专利代理 机构 郑州明华专利代理事务所 (普通合伙) 41162 专利代理师 徐群锋 (51)Int.Cl. G01N 3/24(2006.01) G01N 3/04(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 一种钻孔剪切试验用便携式孔壁侧胀提拉 剪切装置 (57)摘要 本发明公开了一种钻孔剪切试验用 便携式 孔壁侧胀提拉剪切装置， 包括法向压力施加装置 和气压系统， 法向压力施加装置包括膨胀体和外 侧的剪切刀头， 膨胀支座的上侧连接有固定绳， 使得该装置能够被吊装在钻孔内， 在轴心拉杆的 上端通过连接头固定连接有气管， 气管的末端固 定安装于气压系统的压力泵出气管上， 膨胀支座 与法向压力施加装置之间设置牵引部件或顶推 部件， 控制器检测相应的压力传感器的骤变数值 作为钻孔提拉剪切试验值。 本发 明对于法向压力 施加装置的牵引过程， 不依 赖于地面上的牵引机 构。 从而减少相应支架、 牵引机构的配置部分， 使 得检测装置整体得以简化。 权利要求书2页 说明书9页 附图7页 CN 114878362 A 2022.08.09 CN 114878362 A 1.一种钻孔剪切试验用便携式孔壁侧胀提拉剪切装置， 包括法 向压力施加装置和气压 系统， 所述气压系统为法向压力施加装置提供膨胀气压， 所述法向压力施加装置包括膨胀 体和外侧的剪切刀头， 其特征在于， 还包括能够套装在钻孔内且位于所述法向压力施加装 置上方的膨胀支座， 该膨胀支座设置有膨胀驱动机构， 在膨胀支座的上侧连接有固定绳 （8） ， 且该固定绳 （8） 的上端 连接有地面临 时固定锚杆 （4） ， 该锚 杆 （4） 插入地面， 使得该装置 能够被吊装在 钻孔内， 防止该装置掉落， 在轴心拉杆 （5） 的上端， 通过连接头 （7） 固定连接有 气管 （6） ， 气管 （6） 的末端固定安装于气压系统的压力泵 （3） 出气管上， 该膨胀支座1与所述 法向压力施加装置 （2） 之间设置牵引部件或顶推部件， 并在牵引部件或顶推部件安装有压 力传感器， 控制器 检测压力传感器的骤变数值作为钻孔 提拉剪切试验值。 2.根据权利要求1所述的钻孔剪切试验用便携式孔壁侧胀提拉剪切装置， 其特征在于， 膨胀支撑座包括轴心拉杆 （5） 、 固定筒 （10） 、 限位挡板 （13） 、 固定座 （14） 和径插杆 （17） ， 竖向 的固定筒 （10） 的上端壁和下端壁中心分别设置中心轴孔， 轴心拉杆 （5） 竖向贯穿于上下壁 的中心轴 孔内， 轴心拉杆 （5） 为中空的管状结构， 轴心拉杆 （5） 位于固定筒 （10） 内腔部分 的 外侧壁上， 从上而下依次固定多层固定座 （14） ， 每层固定座 （14） 的周边缘分别设置有轴 座 （15） ， 每个轴座 （15） 上通过销轴 （16） 铰接有径插杆 （17） ， 从而形成了从上而下的多层径插 杆组， 在固定筒 （10） 的圆周侧壁上， 从上而下依次设置多层侧孔组， 每层侧孔组沿圆周分布 有多个侧孔， 每个侧孔 （11） 的底部分别有倾斜的导 向板 （12） ， 每层径插杆组与相应层的侧 孔组位置对应， 每个径插杆 （17） 分别插入相应的侧孔 （11） 内， 从而， 采用轴向驱动机构 （该 处的轴心驱动机构， 可以与所述法向压力施加装置形成牵引关系， 或者顶推关系， 如下文介 绍） 驱动所述的轴心拉杆 （5） 向下移动后， 能够通过各固定座 （14） 驱动各径插杆 （17） 向下移 动， 进而使得各径插杆 （17） 在相应的侧孔内被展开， 且使得展开后的径插杆的径向跨度明 显大于收缩状态的径插杆的径向跨度。 3.根据权利要求1所述的钻孔剪切试验用便携式孔壁侧胀提拉剪切装置， 其特征在于， 法向压力施加装置包括上部的膨胀部和下部的推压部， 上部的膨胀部包括密封筒 （18） 、 轴 心管 （19） 、 压力腔 （20） 、 径推板 （21） 、 径推杆 （22） 、 弧形板 （23） 和系列刀片 （24） ， 下部的推压 部包括下腔体和下活塞 （27） ， 所述的密封筒 （18） 包括外圆周 侧壁和内部的轴心管， 且在密 封筒与轴向管 的上端和下端分别密封固定有上端板和下端板， 从而形成了密封腔体， 所述 的轴心拉杆 （5） 的下端套装于该轴心管内， 在所述轴心管与密封筒外侧壁之间存在多个密 封空间， 即侧压力腔 （20） ， 共有多对径向板 （20a） 分别连接于轴心管 （19） 和密封筒 （18） 之 间， 位于两个径向板 （20a） 之间形成了所述的侧压力腔 （20） ， 在该侧压力腔 （20） 内匹配套装 有径推板 （21） ， 在各径推板 （21） 的外端沿径向向外延伸有径推杆 （22） ， 各径推杆 （22） 分别 向外贯穿于密封筒 （18） 侧壁上设置从插孔后， 各径推杆的外端分别固定有弧形板 （23） ， 轴 心拉杆 （5） 与轴心管 （19） 之间存在环形配合间隙， 该环形配合间隙的上端和下端分别被环 形密封套 （50） 密封， 在所述轴心拉杆 （5） 的侧壁设置有 杆侧孔 （25） ， 在轴心管 （19） 侧壁设置 有管侧孔 （26） ， 从而， 使得轴心拉杆 （5） 的内腔能够同时与多个压力腔 （28） 的内侧部分连 通， 推压部的下腔体内侧匹配套装有下活塞 （27） ， 该下活塞 （27） 将下腔体分割 为上部的压 力腔 （28） 和下部的配合腔 （29） ， 同时， 所述的轴心拉杆 （5） 与下 活塞 （27） 交汇处还设置有排 气孔 （30） ， 从而， 轴心拉杆 （5） 的内腔与所述压力腔 （28） 连通， 在下腔体的底部设置穿孔并 安装有呼吸阀， 在所述各弧形板 （23） 的外侧面， 分别固定有一系列剪切刀头 。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114878362 A 24.根据权利要求2或3所述的钻孔剪切试验用便携式孔壁侧胀提拉剪切装置， 其特征在 于， 将膨胀支座1与法向压力施加装置 （2） 组合在一起是将相应的轴心拉杆固定连通在一 起， 即套装于膨胀支座1的固定筒 （10） 中心的轴心拉杆 （5） ， 其下端同时套装在所述法向压 力施加装置 （2） 的中心。 5.根据权利要求1所述的钻孔剪切试验用便携式孔壁侧胀提拉剪切装置， 其特征在于， 在膨胀支座的轴心拉杆 （5） 下端通过气管与法向压力施加装置的充气管密封固定， 气管留 足余量， 再通过向上提升所述的固定绳 （8） ， 促使膨胀支座 （8） 展开后， 对固定绳 （8） 的顶部 临时固定， 此时， 膨胀支座 （8） 也能够牢固地固定在钻孔内壁上的相应位置处， 所述的轴向 驱动机构是在膨胀支座1与法向量施加装置的主体之间安装有轴向推拉机构， 在轴向顶推 拉构作用下， 使得现有的法向量施加装置能够被 向下或向上移动， 产生推送剪切或提拉剪 切的力度， 以完成试验过程。 6.根据权利要求1所述的钻孔剪切试验用便携式孔壁侧胀提拉剪切装置， 其特征在于， 在所述轴心拉杆内腔中且位于杆侧孔 （25） 的下方内腔中， 还套装有中活塞 （48） ， 且在该中 活塞 （48） 与所述轴向拉杆 （5） 的内腔底部 之间套装有推力弹簧 （49） ， 从而向轴心拉杆 （5） 内 充入的高压气体通常 并不直接驱动中活塞 （48） 移动， 当法向压力施加装置 （2） 膨胀后， 高压 气流才推动中活塞 （48） 向下移动， 进 而驱动下活塞 （27） 向下移动。 7.根据权利要求2所述的钻孔剪切试验用便携式孔壁侧胀提拉剪切装置， 其特征在于， 在膨胀支座内侧的轴心拉杆 （5） 上， 还分别固定有多层限位挡板 （13） ， 各限位挡板 （13） 能够 对其下方的各径插杆 （17） 进行约束， 防止其向上 过渡翻转。 8.根据权利要求1所述的钻孔剪切试验用便携式孔壁侧胀提拉剪切装置， 其特征在于， 在膨胀支座1与法向压力施加装置 （2） 之间连接有能够调节长度的牵引绳， 以及设置有锁绳 机构。 9.根据权利要求8所述的钻孔剪切试验用便携式孔壁侧胀提拉剪切装置， 其特征在于， 锁绳器包括固定管 （38） 和楔形体 （39） ， 多个楔形体 （39） 套装于同一个固定管 （38） 内， 每个 楔形体与固定管之间存在配合 斜面， 多个楔形体组合的中心为绳孔。 10.根据权利要求1所述的钻孔剪切试验用便携式孔壁侧胀提拉剪切装置， 其特征在 于， 在所述膨胀支撑座的外侧壁圆周分布有支座并铰接有多个径向插杆 （17） ， 每个径向插 杆的中部铰接有辅杆， 各辅杆被驱动机构沿径向 向外移动或向内收缩。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114878362 A 3