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(Kirsch.G基尔斯解)

本节主要内容 1 地应力测量概述 2 水压致裂法的测量原理与步骤 3 应力解除法(空心包体应变计) 的测量原理与步骤 4.2 地应力测量方法 4.2.1地应力测量概述 b. 方法分类 4.2.2 水压致裂法 水压致裂法的假设前提: (1)有2个( 、 ) 主应力为水平方向, 另1个 为竖直方 向,且 (2)线性、均质、各向同性 (3)渗透符合达西定律 1)水压致裂法步骤 (1)钻孔(地质勘探)、 选段(完整)、 封隔(气或液); 直径:38、51、 76、110、 130; (2)加液压将孔壁压裂与重开 ①P0-孔隙水压力或地下水压力 ②Pb-初始压裂压力 ③Ps-稳定开裂压力 ④Ps0-关闭压力 ⑤Pb0-重张压力 各特征压力的物理意义 ①P0-岩体内孔隙水压力或地下水压力 ②Pb-注入钻孔内液压将孔壁压裂的初始压裂压力 ③Ps-液体进入岩体内连续的将岩体劈裂的液压,称为稳定开 裂压力 ④Ps0-关泵后压力表上保持的压力,称为关闭压力。如围岩 渗透性大,该压力将逐渐衰减 ⑤Pb0-停泵后重新开泵将裂缝压开的压力,称为开启压力 2)基本理论和计算公式 当孔壁出现垂直裂缝时,设孔周边两个水平地应力分别为 和 ,孔壁还受有水压Pb.如图。 钻孔周围岩体内应力 (Kirsch.G-基尔斯解) 求得主应力及岩体抗拉强度 3)根据水压致裂法试验结果计算地应力 (1)一般来讲 作为地主应力之一。我们可以将 与 作比较,若 ,则可以肯定此时 为最小主应力;进一步将 与 作比较,也就可以以此确定地应力的三个主应力。 因为开裂点方位或开裂裂缝方向可以确定 的方位或 的方向,所以三个地主应力的方位也就可以相应确定。 (2)如果 ,并且孔壁开裂后孔内 岩体出现水平裂缝,则此时 为最小 地应力, 与 各为中间主应力及最大 地主应力,垂直开裂方向即为最大地应力方向。 4.2.3 应力解除法 1) 基本原理: 当需要测定岩体中某点的应力状态时,人为 的将该处岩体单元和周围的岩体分离,此时, 岩体单元上所受的拉力将被解除。同时,该单 元体的几何尺寸也将产生弹性恢复。应用一定 的仪器,测定弹性恢复的应变值或变形值,并 且认为岩体时连续、均质和各向同性的弹性 体,于是就可以借助弹性理论的解答计算岩体 单元所受的应力状态。 2) 应力解除法分类 d.地应力计算原理 结束语 * a.一点的三维应力状态 ( ) 来表示 P0 Pb Ps Ps0 P0 Pb0 Ps 图 压裂过程泵压变化及特征压力 Pb Ps Ps Ps0 Pb0 P0 (3)卸压、提设备、测定开裂方位; 然后根据测得的压裂过程中泵压表的读 数,计算地应力 图 孔壁开裂力学模型 a 在孔壁上 r=a,有: 当 时有最大拉应力: 按最大拉应力理论,有 (4-1) (4-2) 将(4-1)代入(4-2)得孔壁开裂应力条件 (4-3) 即孔壁开裂在与 垂直, 的面上 式中:T0-岩体的抗强度 若岩体中有孔隙水压力Pw,(4-3)式变成: (4-4) 由图知水泵重新加压使裂缝重新开裂的压力Pb0,则上式变成: (4-5) (4-5)和(4-6)两式对比得: Pb –Pb0=T0 (4-6) 在关闭压力Ps0点上,孔壁已经开裂,则T0=0,稳定开裂压力由Ps下降到Ps0。此时,ps0等于与裂缝垂直的应力,即: 4)水压致裂法的特点 设备简单 操作方便 测值直观 适应性强 受到重视和推广 缺陷:主应力方向不准 切断联系 解除应力 应变恢复 测试应变 计算应力 流程要点 按测试应变或变形 孔径变形测试 孔壁应变测试 孔底应力解除法 孔壁 应力解除法 测1个平面3个方向上的应变 1平面3方向上的径位移 3平面9个方向应变 4.2.4)空心包体应变计测量地应力 a.探头结构 空心包体应变计安装、采集数据示意 b. 主要特点: 1)测量有操作简便 2)测量技术和计算理论比 较成熟 3)精度相对较高的地应力 4)目前使用最为广泛 国际岩石力学学会推荐使用的地应力测量方法 钻孔的深度必须

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