1.一种测定围岩应力场主应力的装置,其特征在于,它包括设置在待测定围岩体上的钻孔(1),所述钻孔(1)的底层位置浇筑有素水泥浆(3),位于素水泥浆(3)的上层钻孔(1)内部设置有圆柱加力体(2),所述圆柱加力体(2)的外部包裹有柔性包裹层(7),所述柔性包裹层(7)的内部包裹有高强金属球(8)的环形细铁丝网(9),所述环形细铁丝网(9)与钻孔(1)孔壁之间设置有压力传感器(10),所述圆柱加力体(2)的端头位置设置有锥形加载头(4),所述锥形加载头(4)的底部端面中心位置焊接有传力杆(11),所述传力杆(11)的另一端连接有加载杆(12),所述加载杆(12)与加载设备相连;
所述圆柱加力体(2)的内部通过注浆管(6)浇筑有大掺量膨胀泥浆。
2.根据权利要求1所述的一种测定围岩应力场主应力的装置,其特征在于:所述钻孔(1)深度在测试深度范围内且应在较完整岩芯所处位置,所述钻孔(1)的直径应使圆柱加力体(2)顺利置入。
3.根据权利要求1所述的一种测定围岩应力场主应力的装置,其特征在于:所述圆柱加力体(2)采用铁皮制成,为半径小于钻孔(1)直径的内部中空的圆柱体,其高度小于钻孔(1)深度。
4.根据权利要求1所述的一种测定围岩应力场主应力的装置,其特征在于:所述钻孔(1)外部一侧有圆锥体状凹陷,所述圆锥体状凹陷与锥形加载头(4)相配合。
5.根据权利要求1所述的一种测定围岩应力场主应力的装置,其特征在于:所述柔性包裹层(7)采用具柔性耐磨材料制成,在柔性包裹层(7)上设置有用于穿过注浆管(6)的通孔,所述注浆管(6)安装在注浆孔(5)上。
6.根据权利要求1所述的一种测定围岩应力场主应力的装置,其特征在于:所述高强金属球(8)采用合金材料制成,其直径取值为3 5mm,所述高强金属球(8)通过环形细铁丝网~(9)均匀包裹并密集均匀排列。
7.根据权利要求1所述的一种测定围岩应力场主应力的装置,其特征在于:所述钻孔(1)内部并位于传力杆(11)所在位置浇筑有素水泥浆(3)。
8.采用权利要求1-7任意一项所述测定围岩应力场主应力的装置的测定方法,其特征在于它包括以下步骤:Step1:平行地面钻孔:在所测试岩壁上选取一处裸露的基岩钻孔并打磨孔壁使其尽可能光滑;
Step2:器材准备:
1)在钻孔(1)内部浇筑适量素水泥浆;
2)钻孔(1)内部设备仪器的设置:在钻孔(1)内部布置好连接了压力采集仪的压力传感器(10)后置入外部包裹了柔性包裹层(7)及内有高强金属球(8)的环形细铁丝网(9)的圆柱加力体(2),并设置好注浆管(6),之后在其内部包裹锥形加载头(4);预先通过岩壁的标准致裂压力计算出所需的膨胀泥浆的量,通过注浆管(6)将其注入圆柱加力体(2)内部;
3)封闭钻孔:在不影响传力杆(11)转动的情况下,在钻孔(1)内部注入素水泥浆,使钻孔与锥形加载头之间的缝隙被封闭且锥形加载头后部部分空间被封闭;
Step3:岩壁致裂:使圆柱加力体(2)内部的膨胀泥浆膨胀并对钻孔(1)孔壁施加压力,通过压力采集仪实时监测加载时岩壁的受力情况,当发现所施加压力不足时可通过电动或手动加载杆(12)带动锥形加载头(4),将锥形加载头(4)的前部旋入圆柱加力体并使其半径不断增加,进行精确应力补偿,直至岩壁破裂;
Step4:停止加压:当压力采集仪显示的应力骤跌时,表明钻孔围岩开裂,此时停止加压;
Step5:记录数据:记录岩壁致裂后压力陡跌时所测得的压力大小,作为第一主应力;
Step6:回收器材:将加载器材及设备、环形细铁丝网、压力采集仪,进行回收以便继续利用;
Step7:测量计算其它主应力:沿垂直于初次钻孔方向的方向在岩壁上水平钻孔,测得第二主应力,沿垂直于水平面的方向钻孔测得第三主应力。