(Kirsch.G-基尔斯解).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,岩石力学与工程,ROCK MECHANICS AND ENGINEERING,地应力测量方法,1,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,2,4.2,地应力测量方法,4.2.1,地应力测量概述,a.,一点的三维应力状态,(,),来表示,3,b.,方法分类,4,4.2.2,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,5,1,）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,；,6,P,0,P,b,P,s,P,s0,P,0,P,b0,P,s,图 压裂过程泵压变化及特征压力,Pb,P,s,P,s,P,s0,P,b0,P,0,（,2,）加液压将孔壁压裂与重开,P,0,-,孔隙水压力或地下水压力,P,b,-,初始压裂压力,P,s,-,稳定开裂压力,P,s0,-,关闭压力,P,b0,-,重张压力,7,各特征压力的物理意义,P,0,-,岩体内孔隙水压力或地下水压力,P,b,-,注入钻孔内液压将孔壁压裂的初始压裂压力,P,s,-,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,Ps,0,-,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,P,b0,-,停泵后重新开泵将裂缝压开的压力，称为开启压力,8,（,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,9,2,）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,P,b,.,如图。,图 孔壁开裂力学模型,a,10,钻孔周围岩体内应力,(Kirsch.G-,基尔斯解,),11,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：,T,0,-,岩体的抗强度,12,若岩体中有孔隙水压力,P,w,，（,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,P,b0,，,则上式变成：,(4-5),(4-5),和,(4-6),两式对比得：,P,b,P,b0,=T,0,(4-6),在关闭压力,P,s0,点上，孔壁已经开裂，则,T,0,=0,稳定开裂压力由,P,s,下降到,P,s0,。,此时，,p,s0,等于与裂缝垂直的应力，即：,13,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。,14,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,）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,15,4.2.3,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。,切断联系,解除应力,应变恢复,测试应变,计算应力,流程要点,16,2),应力解除法分类,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,17,4.24,）空心包体应变计测量地应力,圆筒,空腔,钻,柱塞,应变片粘结方式,a.,探头结构,18,空心包体应变计安装、采集数据示意,19,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,20,21,22,23,24,钻孔的深度必须超过开挖 影响区，才能测到岩体内的原始应力，否则测出的是二次应力。,c.,测量要求与步骤,1),测量要求,25,(1),在测试地点打大孔,(2),从大孔底打同心小孔,(3),在小孔中央位置安装测量探头,(4),用薄壁钻头延伸大孔，使小孔周围岩芯实现应力解除,（,5,）将岩芯与探头一并取回，进行围压率定和温度标定试验。,（,6,）数据修正和处理，计算地应力值,2),测量步骤：,26,d.,地应力计算原理,27,28,29,30,31,32,33,34,35,结束语,36,