三维水压致裂法地应力测试在水电工程中的应用.pdf

第36卷第 1期 四 川 水 力 发 电 Vo1．36．No．1 2017年 2月 Siehuan Water Power Feb．．20 l7 三维水压致裂法地应力测试在水 电工程中的应用 全 海 (中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072) 摘 要：测量岩体地应力的方法很多，测试成果分为平面应力和空间三维应力。在大型水电工程中，为了研究工程所在地区 的应力场 ，需要获得现场岩体的三维地应力状态。介绍了通过三孔交汇的钻孑L布置方式 ，采用水压致裂法获得三维地应力 成果过程并与套钻解除孔径变形法地应力成果进行了对比佐证，认为采用三维水压致裂法测试地应力在水电工程中是可行 的。 关键词：地应力；水压致裂法；三维水压致裂法地应力测试 中图分类号：’Ⅳ7；[TV221．2]；TU192 文献标识码： B 文章编号：1001-2184(2017)Ol-0075-06 1 概 述 理论和假设前提下，水压致裂的力学模型即简化 地应力一般是指地壳岩体处在未经人为扰动 为一个平面应力问题，在单个钻孔 内进行水压致 的天然状态下所具有的内应力，或称初始应力，主 裂法测试即可得到钻孔横截面上的最大平面应 要是在重力和构造运动综合作用下形成的应力， 力 、最小平面应力和破裂方 向。 有时也包括在岩体的物理、化学变化及岩浆侵入 钻孔内水压致裂法应力测试的操作方法在规 等作用下形成的应力 ¨J。它是影响工程岩体稳 程规范中已有相应的流程和规定，归纳起来为：水 定性的重要因素。因此，测得岩体的地应力是工 压致裂法是利用一对可膨胀 的封隔器在选定的测 程设计中必不可少的重要环节。 量深度封隔一段钻孔，然后通过高压泵人水体对 目前国内测量岩体地应力的方法很多，从测 该试验段(常称压裂段)增压，采用计算机数字采 量原理上可以分为地应力直接测量法和间接测量 集集成系统实时记录压力随时间的变化，对实测 法。直接测量法通过试验直接测得岩体的应力， 记录的岩体压裂曲线进行分析后得到特征压力参 水压致裂法即属于直接测量 ；间接测量法测量的 数，再根据相应的理论计算公式即可得到测点处 不是应力，而是变形、应变或与应力有关的物理力 的钻孔横截面上的平面最大和最小主应力的量值 学参数的变化，然后通过与应力的关系式计算得 以及岩石的水压致裂抗拉强度等岩石力学参数。 出的。按测量施工方法可以分为表面应变法、钻 以水压致裂法对完整围岩进行的单孔应力测 孔应力解除法、水压致裂法、利用岩芯地应力测量 量因破裂沿轴 向发展，因此而只能获得垂直于孔 方法以及地质构造分析等方法 。按照测试应力结 轴的平面应力场。根据第 3条假设，所测得的应 果可以分为平面二维应力法和空间三维应力法。 力是钻孑L横截面上的二维应力状态，其与大地坐 在 国内大型水电水利工程 中，为了获得岩体地应 标系下的岩体地应力空间三维状态是有差别的。 力的状态，通常采用的是钻孔应力解除法和水压 若要获得大地坐标系下的岩体地应力空间三维状 致裂法 。 态，则需要 3个以上的钻孔 (其中不同方向的钻 2 水压致裂法测试原理 孔至少为3个)组成三维应力测量断面。实际实 水压致裂法应力测量是以弹性力学为基础 ， 施过程中通常采用 3个孔交汇，测点的孔深应满 并 以三个假设为前提：(1)岩体是均匀和各 向