地應力測量方法

1、12本節(jié)主要內容 1 地應力測量概述地應力測量概述 2 2 水壓致裂法的測量原理與步驟水壓致裂法的測量原理與步驟 3 3 應力解除法（空心包體應變計）應力解除法（空心包體應變計） 的測量的測量原理與步驟原理與步驟34.2 地應力測量方法4.2.1地應力測量概述 O x z z x y y zx zy xz xy yx yz a.一點的三維應力狀態(tài)( ) 來表示zxyzxyzyx,4b. b. 方法分類方法分類54.2.2 4.2.2 水壓致裂法水壓致裂法水壓致裂法的假設前提：水壓致裂法的假設前提：（1 1）有）有2 2個（個（ 、 ） 主應力為水平方向，主應力為水平方向， 另另1 1個個 為豎

2、直方為豎直方 向向, ,且且（2 2）線性、均質、各向同性）線性、均質、各向同性（3 3）滲透符合達西定律）滲透符合達西定律 h1h2vhv61 1）水壓致裂法步驟）水壓致裂法步驟（1 1）鉆孔（地質勘探）、鉆孔（地質勘探）、 選段（完整）、選段（完整）、 封隔（氣或液）；封隔（氣或液）； 直徑：直徑：3838、5151、 76 76、110110、 130 130；7P0PbPsPs0P0Pb0Ps圖 壓裂過程泵壓變化及特征壓力PbPsPsPs0Pb0P0（2）加液壓將孔壁壓裂與重開P0-孔隙水壓力或地下水壓力Pb-初始壓裂壓力Ps-穩(wěn)定開裂壓力Ps0-關閉壓力Pb0-重張壓力8 各特征壓力

3、的物理意義各特征壓力的物理意義P0-巖體內孔隙水壓力或地下水壓力Pb-注入鉆孔內液壓將孔壁壓裂的初始壓裂壓力Ps-液體進入巖體內連續(xù)的將巖體劈裂的液壓，稱為穩(wěn)定開 裂壓力Ps0-關泵后壓力表上保持的壓力，稱為關閉壓力。如圍巖 滲透性大，該壓力將逐漸衰減Pb0-停泵后重新開泵將裂縫壓開的壓力，稱為開啟壓力9（3）卸壓、提設備、測定開裂方位； 然后根據(jù)測得的壓裂過程中泵壓表的讀 數(shù)，計算地應力 102 2）基本理論和計算公式）基本理論和計算公式當孔壁出現(xiàn)垂直裂縫時，設孔周邊兩個水平地應力分別為 和 ，孔壁還受有水壓Pb.如圖。h1h2圖 孔壁開裂力學模型a11鉆孔周圍巖體內應力鉆孔周圍巖體內應力

4、(Kirsch.G-基爾斯解)12在孔壁上 r=a，有：2cos)(2)(2121hhbhhPbrP當 時有最大拉應力最大拉應力：bhhP1230按最大拉應力理論，有(4-1)0T(4-2)將(4-1)代入(4-2)得孔壁開裂應力條件孔壁開裂應力條件0213TPbhh(4-3)即孔壁開裂在與孔壁開裂在與 垂直垂直, 的面的面上上0h2式中：T0-巖體的抗強度13若巖體中有孔隙水壓力Pw，（4-3）式變成：wbhhPTP0213(4-4)由圖知水泵重新加壓使裂縫重新開裂的壓力Pb0，則上式變成：wbhhPP 0213(4-5)(4-5)和(4-6)兩式對比得： Pb Pb0=T0(4-6)在關閉

5、壓力Ps0點上，孔壁已經開裂，則T0=0,穩(wěn)定開裂壓力由Ps下降到Ps0。此時，ps0等于與裂縫垂直的應力，即：02shP14 求得主應力及巖體抗拉強度求得主應力及巖體抗拉強度3）根據(jù)水壓致裂法試驗結果計算地應力（1）一般來講 作為地主應力之一。我們可以將 與 作比較，若 ，則可以肯定此時 為最小主應力；進一步將 與 作比較，也就可以以此確定地應力的三個主應力。02100023TpTpppbhhbbshhzzhz1h2zh10Th215 因為開裂點方位或開裂裂縫方向可以確定 的方位或 的方向，所以三個地主應力的方位也就可以相應確定。（2 2）如果）如果 ，并且孔壁開裂后孔內巖體出現(xiàn)水平裂縫，則

6、此時 為最小地應力， 與 各為中間主應力及最大地主應力，垂直開裂方向即為最大地應力方向。h2h1hh2h2h1hz4）水壓致裂法的特點）水壓致裂法的特點n 設備簡單設備簡單 操作方便操作方便 測值直觀測值直觀 適應性強適應性強 受到重視和推廣受到重視和推廣n 缺陷：主應力方向不準缺陷：主應力方向不準164.2.3 4.2.3 應力解除法應力解除法 1) 1) 基本原理：基本原理： 當需要測定巖體中某點的應力狀態(tài)時，人為的將該處巖體單元和周圍的巖體分離，此時，巖體單元上所受的拉力將被解除解除。同時，該單元體的幾何尺寸也將產生彈性恢復彈性恢復。應用一定的儀器，測定彈性恢復測定彈性恢復的應變值或變形

7、值，并且認為巖體時連續(xù)、均質和各向同性的彈性體，于是就可以借助彈性理論的解答計算計算巖體單元所受的應力應力狀態(tài)。切斷聯(lián)系解除應力應變恢復測試應變計算應力流程流程要點要點172) 2) 應力解除法分類應力解除法分類 按測試應變或變形孔徑變形測試孔壁應變測試孔底應力解除法孔壁 應力解除法測1個平面3個方向上的應變1平面3方向上的徑位移3平面9個方向應變184.2.4）空心包體應變計測量地應力a.探頭結構探頭結構19空心包體應變計安裝、采集數(shù)據(jù)示意空心包體應變計安裝、采集數(shù)據(jù)示意20b. 主要特點：主要特點：1)測量有操作簡便2)測量技術和計算理論比 較成熟3)精度相對較高的地應力4)目前使用最為廣泛是國際巖石力學學會推薦使用的地應力測量方法 21鉆孔的深鉆孔的深度必須超度必須超過開挖過開挖 影影響區(qū)，才響區(qū)，才能測到巖能測到巖體內的原體內的原始應力，始應力，否則測出否則測出的是二次的是二次應力。應力。c.測量要求與步驟測量要求與步驟1)測量要求測量要求22(c)(d)(b)(a)套孔取芯套芯小孔套芯大孔安裝探頭(c)(d)(b)(a)套孔取芯套芯小孔套芯大孔安裝探頭(c)(d)(b)(a)套孔取芯套芯小孔套芯大孔安裝探頭(c)(d)(b)(a)套孔取芯套芯小孔套芯大孔安裝探頭(1)在測試地點打大孔 (2)從大孔底打同心小孔(3)在小孔中央位置安裝測量探頭(4)