專利名稱：高地應(yīng)力地區(qū)存在巖芯餅化現(xiàn)象時(shí)測(cè)量地應(yīng)力的方法
高地應(yīng)力地區(qū)存在巖芯餅化現(xiàn)象時(shí)測(cè)量地應(yīng)力的方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于原巖地應(yīng)力測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種對(duì)高地應(yīng)力地區(qū)地應(yīng)力的測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
目前，越來(lái)越多的地下工程向深部發(fā)展，高地應(yīng)力下巖芯餅化現(xiàn)象時(shí)地應(yīng)力的測(cè)量是一個(gè)尚未解決的難題。在高地應(yīng)力條件下，工程設(shè)計(jì)和建設(shè)更加需要準(zhǔn)確快速測(cè)量工程區(qū)的原巖三維地應(yīng)力，而當(dāng)鉆孔過程中出現(xiàn)巖芯餅化現(xiàn)象時(shí)，傳統(tǒng)的地應(yīng)力測(cè)量方法 (主要是應(yīng)力解除法)難以實(shí)施。《水利水電工程巖石試驗(yàn)規(guī)程SU64-2001》(中國(guó)水利電力出版社，2001)8. 1. 1,8. 2. 1,8. 3. 1明確提出“應(yīng)力解除法適用于完整和較完整巖體， 其測(cè)段內(nèi)及測(cè)段附近巖性應(yīng)均一完整”?！稁r石工程試驗(yàn)監(jiān)測(cè)手冊(cè)》(中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2005)3. 9. 2. 2,3. 9. 3. 2,3. 9. 4. 2直接指出“應(yīng)力解除法在破碎巖體、薄層或出現(xiàn)餅狀巖芯處不宜采用”。同時(shí)，傳統(tǒng)測(cè)量方法，不論是應(yīng)力解除法，還是水壓致裂法，都需要來(lái)回的下鉆、穿線等繁瑣測(cè)量工序和笨重的測(cè)量設(shè)備，有的方法需要多個(gè)不同方向的鉆孔；其結(jié)果更依賴于傳感器、解調(diào)儀等大量電子儀器，在地下工程惡劣的測(cè)量環(huán)境下儀器誤差和可靠性都較難控制。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種簡(jiǎn)便、實(shí)用、科學(xué)、可靠的地應(yīng)力測(cè)量方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種高地應(yīng)力地區(qū)存在巖芯餅化現(xiàn)象時(shí)測(cè)量地應(yīng)力的方法，包括以下步驟
a、原巖巖餅取樣
取2倍洞徑以外典型的原巖巖餅至少3塊，要求各巖餅的孔深相差在Im以內(nèi)，巖餅形態(tài)類似，記錄每個(gè)巖餅發(fā)生處的埋深和孔深；
b、確定每個(gè)巖餅三個(gè)主應(yīng)力的方向
bl、設(shè)巖石在力學(xué)上是均勻且各向同性的；巖餅表面和巖芯根部的平均贗軸拉應(yīng)力Osz方向近似垂直，其方位角和最小主應(yīng)力O3—致；
b2、建立X-Y-Z坐標(biāo)系鉆孔鉆進(jìn)方向?yàn)閆軸，最大主應(yīng)力σ工在Z軸法平面上的投影為X軸，由右手準(zhǔn)則確定Y軸；地磁北極到Y(jié)軸的夾角為θ ^，三維地應(yīng)力在三個(gè)坐標(biāo)軸上的分量分別為0X、0y、Oz;
b3、建立巖餅外沿高度曲線ζ和σ POyO3三個(gè)主應(yīng)力方向的數(shù)學(xué)模型設(shè)。2為中間主應(yīng)力；
b3. 1當(dāng)O3=八和0l> O2時(shí)，巖餅外沿的高度曲線ζ由下式給出
ζ = AmCos2 ( θ - θ 0) (1)
其中Am是巖餅外沿高度變化的幅度；θ是巖餅外沿上點(diǎn)在X-Y平面投影的角度， 以正北方向?yàn)?°，以逆時(shí)針為正；此時(shí)σ3的方向和鉆孔軸向即Z軸一致，凹、凸面軸分別5與0l_x軸、o2_y軸的方向一致，gp eQ= e 2; e 2為O2的方位角；b3. 2當(dāng)0 3興0 z和0ェ> 0 2吋，巖餅形態(tài)的対稱性被破壞；為描述巖餅外沿的 高度，將M步驟中建立的X-Y-Z坐標(biāo)繞X軸旋轉(zhuǎn)a角到X‘ -Y' -Z'坐標(biāo)，再繞Y‘軸旋 轉(zhuǎn)@角到X〃 -Y〃 -Z"坐標(biāo)，最終坐標(biāo)軸Z"和Osz的方向一致；這種條件下巖餅外沿的 高度z在X-Y-Z坐標(biāo)系中的表示由下式給出
權(quán)利要求
1. 一種高地應(yīng)力地區(qū)存在巖芯餅化現(xiàn)象時(shí)測(cè)量地應(yīng)力的方法，包括以下步驟a、原巖巖餅取樣取2倍洞徑以外典型的原巖巖餅至少3塊，要求各巖餅的孔深相差在Im以內(nèi)，巖餅形態(tài)類似，記錄每個(gè)巖餅發(fā)生處的埋深和孔深；b、確定每個(gè)巖餅三個(gè)主應(yīng)力的方向bl、設(shè)巖石在力學(xué)上是均勻且各向同性的；巖餅表面和巖芯根部的平均贗軸拉應(yīng)力σ3Ζ方向近似垂直，其方位角和最小主應(yīng)力σ3—致；b2、建立X-Y-Z坐標(biāo)系鉆孔鉆進(jìn)方向?yàn)閆軸，最大主應(yīng)力ο工在Z軸法平面上的投影為X軸，由右手準(zhǔn)則確定Y軸；地磁北極到Y(jié)軸的夾角為θ ^，三維地應(yīng)力在三個(gè)坐標(biāo)軸上的分量分別為σχ、σy、σz；b3、建立巖餅外沿高度曲線ζ和0ι、σ2、Q3三個(gè)主應(yīng)力方向的數(shù)學(xué)模型設(shè)σ2為中間主應(yīng)力；b3. 1當(dāng)σ3=σz和σ1> σ2時(shí)，巖餅外沿的高度曲線ζ由下式給出z =amcos2(θ-θ0) (1)其中Am是巖餅外沿高度變化的幅度；θ是巖餅外沿上點(diǎn)在X-Y平面投影的角度，以正北方向?yàn)?°，以逆時(shí)針為正；此時(shí)Q3的方向和鉆孔軸向即Z軸一致，凹、凸面軸分別與O1即X軸、σ 2 SP Y軸的方向一致，即θ Q = θ 2 ; θ 2為σ2的方位角；b3. 2當(dāng)σ3≠σ2和> σ1>σ2時(shí)，巖餅形態(tài)的對(duì)稱性被破壞；為描述巖餅外沿的高度，將M步驟中建立的X-Y-Z坐標(biāo)繞X軸旋轉(zhuǎn)α角到X' -Y' -Z'坐標(biāo)，再繞Y'軸旋轉(zhuǎn)β角到X" -Y" -Z"坐標(biāo)，最終坐標(biāo)軸Ζ"和Qsz的方向一致；這種條件下巖餅外沿的高度ζ在X-Y-Z坐標(biāo)系中的表示由下式給出
全文摘要
本發(fā)明屬于原巖地應(yīng)力測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種對(duì)高地應(yīng)力地區(qū)地應(yīng)力的測(cè)量方法。其技術(shù)方案是一種高地應(yīng)力地區(qū)存在巖芯餅化現(xiàn)象時(shí)測(cè)量地應(yīng)力的方法，包括以下步驟a、原巖巖餅取樣；b、確定每個(gè)巖餅三個(gè)主應(yīng)力的方向；c、做巖石的巴西圓盤劈裂試驗(yàn)，確定每個(gè)巖餅的巖石抗拉強(qiáng)度St；d、確定每個(gè)巖餅三個(gè)主應(yīng)力的大??；e、對(duì)各塊巖餅確定出的地應(yīng)力大小數(shù)據(jù)取算術(shù)平均值，作為該地區(qū)地應(yīng)力大小的數(shù)值。本發(fā)明可以解決巖餅持續(xù)出現(xiàn)時(shí)傳統(tǒng)地應(yīng)力測(cè)量方法(主要是應(yīng)力解除法)不能測(cè)定原巖地應(yīng)力的問題，經(jīng)實(shí)際使用驗(yàn)證，使用本發(fā)明確定出三維原巖地應(yīng)力大小和方向結(jié)果可靠，并具有簡(jiǎn)便、實(shí)用和科學(xué)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01L1/00GK102564653SQ201210021749
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月1日
發(fā)明者劉志軍, 司永領(lǐng), 常樂, 張來(lái)峰, 李兆凱, 李彥恒, 潘越峰, 王國(guó)順, 王少華, 田慶龍, 羅立平, 胡繼波, 鄭軍林, 郭三虎 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍第二炮兵工程設(shè)計(jì)研究所