水壓致裂法在加格達奇地應(yīng)力測試中應(yīng)用

1、水壓致裂法在加格達奇地應(yīng)力測試中應(yīng)用摘要：地下工程日益增多，地應(yīng)力的大小又是地下工程設(shè) 計中的重要參數(shù)。中國東部和西部地區(qū)建設(shè)力度較東北地區(qū) 大，因此地應(yīng)力的研究也較東北成熟。據(jù)此，在東北地區(qū)以加 格達奇鎮(zhèn)的一個測量點為研究點，利用水壓致裂法測量了 1000多米范圍內(nèi)的地應(yīng)力發(fā)展規(guī)律。關(guān)鍵詞：地應(yīng)力水壓致裂法1、前言隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，人們涉足的領(lǐng)域越來越廣，從地 面到地下幾百米，擴展到幾千米，從而更多的問題都體現(xiàn)出 來。地應(yīng)力的研究也從地下一二百米延伸到上千米。對于國 內(nèi)地應(yīng)力的研究已普遍有成效，但是地應(yīng)力的研究大都分布 于東部與西部及東南部，我國的東北地區(qū)地應(yīng)力研究少之又 少。為了出不了解

2、我國東北部的地應(yīng)力情況，故選擇黑龍江 省大興安嶺地區(qū)加格達奇作為研究點，兩個鉆孔深度都超過 1000m,應(yīng)用水壓致裂法來研究地應(yīng)力的大小及主應(yīng)力方向。研究區(qū)地處大興安嶺北段的伊勒呼里山脈，多不庫爾河 上游，行政區(qū)隸屬大興安嶺地區(qū)松嶺區(qū)管轄。海拔標高 600-900m,地震烈度值為v度。2、水壓致裂法的原理水壓致裂原地應(yīng)力測量原理是以彈性力學為基礎(chǔ)，并以下面三個假設(shè)為前提：（1）巖石是線彈性和各向同性的；（2）巖石是完整的，壓 裂液體對巖石來說是非滲透的；（3）巖層中有一個主應(yīng)力分 量的方向和鉆孔軸向平行。將三維問題轉(zhuǎn)為二維問題即平面問題，通過對孔內(nèi)用一 對膨脹的橡膠封隔器施加液壓，使周圍巖體破

3、壞并產(chǎn)生裂縫 擴展,記錄對應(yīng)的壓力大小。根據(jù)壓裂曲線的壓力特征值計 算出測試段的最大主應(yīng)力值和最小主應(yīng)力值，記作sh和sho然后根據(jù)公式：為裂縫處于臨界閉合狀態(tài)時的平衡壓力即瞬時關(guān)閉壓 力；為破裂重新張開時的壓力；？為巖石密度；g為重力加速 度;h為上覆巖石埋深；最大水平主應(yīng)力；最小水平主應(yīng)力；垂向應(yīng)力。裂縫的方向由定向印模器確定，然后根據(jù)印模方向確定 最大、最小主應(yīng)力的方向。3、測試結(jié)果及分析3. 1測試深度及測量曲線根據(jù)上述原理，在測試孔340m950m深度域進行了 9段 確定主應(yīng)力量值的壓裂測量與地球物理勘探試驗，測試點深 度分別選于：346.43m、359.5m、360.5m、410.

4、00m、451.00m、 554. 5m、833. im、872. 54m> 921. 56mo3.2最大主應(yīng)力方向的確定在壓裂測量之后，用印模定向試驗方法，利用覆蓋了一 層半硫化橡膠的封隔器，在地下進行增壓膨脹，使孔壁已有 裂縫重新張開以便半硫化橡膠擠入，保持相應(yīng)的時間，印模 器表面就印制了與裂縫相對應(yīng)的凸起印記。并通過印模定向 系統(tǒng)記錄印模器基線的方位。根據(jù)水壓致裂應(yīng)力測量理論, 水壓致裂產(chǎn)生的裂縫走向就是最大水平主壓應(yīng)力的方向。印 模測量過程中，地面施加的壓力達到1718mpa,并保持壓力 1.5小時以上。根據(jù)印模結(jié)果，破裂面與孔軸基線大致平行, 確定兩個深度的最大水平主應(yīng)力的方向

5、分別為n45。w、n79° wo3.3地應(yīng)力測量結(jié)果表中的深度系指地面至試驗段中心點的深度，巖石平均容重取26. 5kn/m3o由表1可見,研究區(qū)附近地層地應(yīng)力的量值比較高，在地下深度400m950m范內(nèi)，最小水平主應(yīng)力值為1323mpa,最高達到27mpao最大水平主應(yīng)力值為2435mpa,最髙達到41mpao4、綜合模擬分析為了 了解測量深度對地應(yīng)力的影響以及初步判斷研究 區(qū)地應(yīng)力分布規(guī)律，用線性回歸計算得到研究區(qū)水平主應(yīng)力值隨深度變化的關(guān)系式為：h為測量段深度，單位為m；r為相關(guān)系數(shù)。巖石平均容重取26. 5kn/m3計算的垂向應(yīng)力和最大、最 小主應(yīng)力之間的關(guān)系為：sh >

6、;sh>svo顯示在測量深度范圍內(nèi), 原巖應(yīng)力以水平應(yīng)力擠壓作用為主導，其主壓應(yīng)力的方向為 nwnww。根據(jù)實測應(yīng)力值，分析了水平主應(yīng)力值隨深度的變化情 況，圖4給出了水平主應(yīng)力值隨深度變化情況。(圖中黑色方塊代表最大水平主應(yīng)力，空三角代表最小 水平主應(yīng)力，空圓代表垂向應(yīng)力)根據(jù)上述資料數(shù)據(jù)顯示，研究區(qū)地應(yīng)力值明顯偏高，特 別是深度500m以下，最大主應(yīng)力都超過了 30mpa,根據(jù)構(gòu)造應(yīng) 力場動力學環(huán)境的分析認為，中國現(xiàn)代構(gòu)造盈利場的格局明 顯受制于周邊板塊的動力作用。位于太平洋板塊俯沖帶內(nèi)側(cè) 的東北大陸，從新生代以來，一直受到太平洋板塊從北東東 向南西西的俯沖和日本海擴張帶從南東向北西

7、擠壓的影響。 本區(qū)位于西伯利亞板塊邊緣，局部應(yīng)力狀態(tài)場受控于上述大 區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場，強大的板塊擠壓、俯沖作用，在此研究區(qū)積 累了較高的應(yīng)變能。側(cè)外，西伯利亞板塊邊緣南部構(gòu)造活動 微弱，屬封閉性好、無地震發(fā)生的穩(wěn)定區(qū)塊，因此，較高的應(yīng) 力狀態(tài)是積累的應(yīng)變能少有釋放的結(jié)果。5、結(jié)語(1)中國北部地區(qū)處于西伯利亞板塊邊緣，一直受到太 平洋板塊從北東東向南西西的俯沖和日本海擴張帶從南東 向北西擠壓的影響。由于兩大板塊強大的擠壓和俯沖作用， 使得北部地區(qū)積累了很高的應(yīng)變能，雖然較大的主應(yīng)力體現(xiàn) 在500m深度以下，如果遇到較大的構(gòu)造運動，應(yīng)變能很有可 能得到釋放。目前該地區(qū)地應(yīng)力實測資料貧乏，積累地應(yīng)力

8、 資料特別重要，為以后預防地質(zhì)災害發(fā)生提供可靠的資料。(2)我國東部地區(qū)地應(yīng)力值較低，一般深度在300m上，最 大主應(yīng)力值為lompa,如唐山地區(qū)，深度在300m上的最大主應(yīng) 力為8mpa；而西部地區(qū)地應(yīng)力值較高，是中國的高地應(yīng)力地 區(qū)，如甘肅金川在深度500m上最大主應(yīng)力超過30mpa。我國 北部地區(qū)地應(yīng)力淺層較低，隨著深度的增加地應(yīng)力值顯著增加，最大達到了 40mpa。 參考文獻1 劉允芳，肖本職.西部地區(qū)地震活動與地應(yīng)力研究j.巖石力學與工程學報，2011,24( 4502-4508 ) . (liuyunfang,xiao benzhi. study on seismic activity and geostress in west chinajchinese journal of rock mechanics and engineering,2011,24 ( 4502-4508 ) . (in chinese)2 尹健民，劉元坤，艾凱，肖本職.香港排污隧道工程水 壓致裂法地應(yīng)力測量研究j.地下空間與工程學 報 ,2006,6(891-894) (yin jianming,liu yuankun,ai kai,xiao benzhi. hydrofracturing insitu stress measurement and ana