地应力及其原理.ppt

（3）测量步骤1、打钻孔到准备测量应力的部位，并将钻孔中待加压段用分隔器密封起来（分隔器一般采用冲压膨胀式的）；2、向被两个封隔器封隔的隔离段注入高压水，不断加大水压，直至孔壁出现开裂，获得初始开裂压力；然后继续增加水压以扩张裂隙，当裂隙扩张至3倍直径深度时，关闭高压注水系统，保持水压恒定，此时的应力称为关闭压力，记为；最后卸压，使裂隙闭合；第95页,共111页，2024年2月25日，星期天3、重新向封隔段注入高压水，使裂隙重新打开并记录裂隙重开时的压力和随后的恒定关闭压力这种卸压-重新加压的过程重复2-3次，以提高测试数据的准确性；在整个加压过程中，同时记录压力-时间曲线图，如图4-6所示。从压力-时间曲线图确定值；从流量-时间曲线图可以判断裂隙扩展深度。第96页,共111页，2024年2月25日，星期天4、将分隔器完全卸压，连同加压管等设备全部取出；5、测量水压致裂裂隙和钻孔试验段天然节理裂隙的位置、大小和方向，测量可以采用井下摄影机、井下电视、井下光学望远镜或印模器等方法，一般采用印模器法。第97页,共111页，2024年2月25日，星期天（4）水压致裂法的特点设备简单。只需用普通钻探方法打钻孔，用双止水装置密封，用液压泵通过压裂装置压裂岩体，不需要复杂的电磁测量设备。操作方便。只通过液压泵向钻孔内注液压裂岩体，观测压裂过程中泵压、液量即可。测值直观。它可根据压裂时泵压(初始开裂泵压、稳定开裂泵压、关闭压力、开启压力)计算出地应力值，不需要复杂的换算及辅助测试，同时还可求得岩体抗拉强度。第98页,共111页，2024年2月25日，星期天测值代表性大：所测得的地应力值及岩体抗拉强度是代表较大范围内的平均值，有较好的代表性。适应性强:这一方法不需要电磁测量元件，不怕潮湿，可在干孔及孔中有水条件下作试验，不怕电磁干扰，不怕震动。第99页,共111页，2024年2月25日，星期天存在一些缺陷：一方面：它从原理上讲，属于二维应力测量方法，主应力方向不能准确确定，另一方面：它的理论基础是基于岩石为连续、均质和各向同性的假设，因而，只适合于完整的脆性岩石中。第100页,共111页，2024年2月25日，星期天6.4.3声发射法(1)测试原理材料在受到外载荷作用时，其内部存储的应变能快速释放产生弹性波，发生声响，称为声发射。第101页,共111页，2024年2月25日，星期天6.4.3声发射法(2)凯泽效应1950年，德国人凯泽（J.Kaiser）发现多晶金属的应力从历史最高水平释放后，再重新加载，当应力未达到先前最大应力值时，很少有声发射产生，当应力达到或超过历史最高应力水平后，则大量产生声发射，这一现象叫凯泽效应。从很少产生声发射到大量产生声发射的转折点称为凯泽点，该点对应的应力水平即为材料先前受到的最大应力。第102页,共111页，2024年2月25日，星期天后来，许多人通过试验验证，许多岩石也具有显著的凯泽效应。因此，凯泽效应为测量岩石应力提供了一个途径，即如果从原岩中取回定向的岩石试件，通过对加工的不同方向的岩石试件进行加载声发射试验，测定凯泽点，即可找出每个试件以前所受的最大应力，并进而求出取样点的原始三维应力状态。第103页,共111页，2024年2月25日，星期天6.4.3测量步骤（1）试件制备从现场钻孔提取岩芯试样，然后将试样加工成圆柱试件，径高比为1：2～1：3。为了确定测点三维压力状态，试样在原环境状态下的方向必须确定，因此，在该点的岩样中沿六个不同方向制备试件，第104页,共111页，2024年2月25日，星期天6.4.3测量步骤（1）试件制备假如该点的局部坐标系为oxyz，则三个方向选定为坐标轴方向，另三个方向选为oxy,oyz,ozx平面内的轴角平分线方向。为了获得测试数据的统计规律，每个方向的试件数量需要15～25块。第105页,共111页，2024年2月25日，星期天（2）声发射测试将加工好的试件放在单轴压缩试验机上加压，并同时监测加压过程中从试件中产生的声发射现象。为了消除由于试件端部与压力试验机上下压头之间摩擦所产生的噪音和试件端部应力集中，试件两端浇铸上由环氧树脂或其它复合材料制成的端帽。第106页,共111页，2024年2月25日，星期天凯泽效应一般发生在加载的初期，故加载系统应选用小吨位的应力控制系统，并保持加载速率恒定，尽可能避免人工控制，这是因为声发射速率和加载速率有关。在加载初期，人工操作很难保证加载速率的恒定，在声发射事件速率曲线上可能出现多个峰值，难于判断真正的凯泽点。第107页,共111页，2024年2月