CN103075150B - 一种原孔位多次应力解除法的地应力测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原孔位多次应力解除法的地应力测试方法，属于地应力测试领域。首先选取岩性完好适于地应力测试的地点，在选取的地应力测试地点钻取直径为127mm的导孔，磨平孔底，再钻取直径37mm的小孔、小孔深度300-500mm；后在小孔中安装空心包体实施应力解除进行第一次地应力测量。其次，在第一次地应力测量的基础之上，原钻头沿原孔位向深部继续套钻取芯，连续多次进行地应力测量，多次应力解除深度间隔为2~3米。然后对多次地应力测试结果进行比对分析，根据应力的变化规律确定原岩应力分布区，分析原岩应力场的分布规律。优点是通过反复多次测量出同一孔位不同深度的地应力值，增强了测试数据的科学性和真实性，避免了重新钻孔，减少了复杂的施工过程。

Description

一种原孔位多次应力解除法的地应力测试方法

技术领域

本发明涉及一种原孔位多次应力解除法的地应力测试方法，属于地应力测试领域。能够普遍适用于矿井不同巷道围岩内不同深度的地应力测试研究，尤其适用于对巷道围岩深部原岩应力场分布状态的研究。

背景技术

地应力是引起采矿、水利水电、土木工程、军事、铁道公路等各种地下或露天岩土开挖工程变形的根本破坏力，对巷道原岩地应力进行测量是确定工程岩体力学属性，进行围岩稳定性分析，实现工程设计和决策科学化的根本前提。目前世界上已有美国，德国，波兰等几十个国家进行了地应力的测量工作。测量方法有很多种；但比较常用的方法有：应力解除法、应变恢复法，应力恢复法。也有人依据测量基本原理的不同，将测量方法分为直接法和间接法两大类。直接测量法是通过直接测量和记录相应的应力分量值，并根据他们与地应力的关系来确定地应力的值；而间接测量法是根据岩石的变形利用胡克定律来确定地应力的值。

目前国内外最普遍的地应力测量方法是套孔应力解除法。而空心包体技术的套孔应力解除法是目前地应力测量最可靠的方法之一，该方法是建立在弹性理论基础上的应力测量方法。其基本原理就是将包含应变计的岩石通过取芯将其从周围围岩应力场中隔离开来，由于岩石的弹性会发生膨胀变形，测量出此岩块的三维膨胀变形，通过现场弹模律定来确定其弹性模量，再由胡可定律即可计算出应力解除前岩体中应力的大小和方向。它的突出优点就是通过在一个测点的测量便可得到所测矿山岩体的三维地应力状态，并且它能根据工程和地质上的需要，测量不同深度的地应力状态，测量深度可以超过千米。从而建立地应力状态空间信息网络，是研究原岩应力场及其变化规律的重要依据，在地下矿山岩体原岩应力的测量中得到了广泛的应用。

但是传统的套孔应力解除法是单次钻孔，单次测量，如果钻孔不精准，或者钻孔出现倾斜偏差，致使孔口和孔径不能完全保持垂直，就将造成数据误差，进而不可避免地对工程施工造成不良影响，降低工程经济效益。而原孔位多次应力解除法地应力测量技术则有效的解决了这一问题，通过反复多次测量出同一孔位不同深度的地应力值，增强了测试数据的科学性和真实性，避免了重新钻孔，减少了复杂的施工过程。

发明内容

本发明提供一种原孔位多次应力解除法的地应力测试方法，是基于套孔应力解除法，对原岩应力测量及原岩应力场分布规律的进一步研究。

本发明是以如下技术方案实现的：一种原孔位多次应力解除法的地应力测试方法，首先选取岩性完好适于地应力测试的地点，在选取的地应力测试地点钻取直径为127mm的导孔，磨平孔底，再钻取直径37mm的小孔、小孔深度300-500mm；后在小孔中安装空心包体实施应力解除进行第一次地应力测量。其次，在第一次地应力测量的基础之上，原钻头沿原孔位向深部继续套钻取芯，连续多次进行地应力测量，多次应力解除深度间隔为2-3米。然后对多次地应力测试结果进行比对分析，根据应力的变化规律确定原岩应力分布区，分析原岩应力场的分布规律；以相邻两次应力解除地应力测试所得地应力值之差的绝对值介于0.01倍和0.05倍的单位面积上覆岩层重量之间为基准，确定此深度区域开始为原岩应力分布区，确定多次应力解除测得原岩应力的标准为Δσ_i+1-Δσ_i/Δσ_i≤5%，其中Δσ_i＝(σ_i-σ_i-1)，Δσ_i为多次不同深度时进行应力解除地应力测试测得的地应力值。

所述的第一次测量深度为6~10米。

此外，可通过多次地应力测试岩石力学实验测得的岩石力学参数进行相互比对，分析围岩内部岩性变化规律。

有益效果：一种原孔位多次应力解除法的地应力测试方法，其多次取芯相对一次取芯愈发向围岩深部延伸，远离了巷道两帮及顶板，这样就远离了巷道开挖所造成的应力影响区，且多次测量，最后算出的不同深度的应力值可以相互比对，可以准确确定出多次应力解除测得的为原岩应力。和传统的套芯应力解除法地应力测量相比，极大的增强了测试数据的科学性和测试地点数据的真实性，从而避免因测量结果不准所导致的危险的工程设计，并减少了复杂的施工过程。这样将有效提高准确性，也避免了多次钻取新孔，有效提高了工程经济效益，节省钻孔时的人力和物力。

附图说明

图1所示为原孔位多次应力解除法示意图。

图2所示为应力解除次数与地应力测量值关系曲线图

图中：1、空心包体Ⅰ；2、空心包体；i+2、空心包体i+2。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本实施例中对于一种原孔位多次地应力解除法地应力测试的具体操作步骤如下：参见图1和图2，

1.选择合适的测点，从岩体表面，用SGM-1A型地质钻机向岩体内部打直径为127mm的大孔，深度为10m。为了便于下一步安装测试探头，大孔要保持一定的同心度，因此在钻进过程中需有导向装置，大孔钻完后需要将孔底磨平。

2.再用锥形钻头打出喇叭口，然后从大孔孔底打同心直径37mm的小孔，小孔深度500mm；小孔打完后用钻机的水管冲洗钻孔，以便清洗小孔中的铁屑和其他杂物，为此钻孔需上倾1°到3°，而后再用酒精或丙酮擦洗。

3.在安装空心包体1应力计之前要做好准备工作，包括粘结剂的配制，钻孔深度的计算，安装深度的控制等。准备工作就绪后，用粘结剂注入应力计的内腔内，固定好柱塞，用带有定向器的安装杆将空心包体应变计送入小孔中预定位置，推断固定销，将粘结剂从应力计内腔挤出进入应力计与小孔之间的间隔中，使之充满应力计与孔壁间的间隙，使之完全固化，然后记下应力计的偏角以及钻孔的方位和倾角。

4.用金刚石岩芯筒把内部粘结着空心包体应力计的圆柱状岩芯取出，从而使小孔周围岩芯实现应力解除。在解除之前，将空心包体1应力计接上电阻应变计，然后注水，这时应力计读数会有所变化，待读数稳定后对电阻应变计进行调零，再开始进尺。在套芯过程中进行监测，每隔3cm进行一次仪器读数，待读数不随进尺变化时（大约为钻头超过应力计中心45°角）停止套芯。套芯结束后，取出带有应力计的岩芯。取芯过程中，岩体的三维膨胀变形则由空心包体应力计测量出来，并通过现场弹模率定确定其弹性模量，由线性虎克定律即可计算出应力解除前岩体中应力的大小和方向。

5．在第一次地应力测量的基础之上，原孔位向深部延伸继续套钻取芯，按标准要求连续3次进行地应力测量，3次应力解除深度间隔为2~3米，并对3次地应力测试结果进行比对分析，以既定标准确定原岩应力分布区。

6.通过多次地应力测试岩石力学实验测得的岩石力学参数进行相互比对，分析围岩内部岩性变化规律。

Claims (1)

1.一种原孔位多次应力解除法的地应力测试方法，其特征在于：

a.首先，选取岩性完好适于地应力测试的地点，在选取的地应力测试地点钻取直径为127mm的导孔，磨平孔底，再钻取直径37mm的小孔后在小孔中安装空心包体(1)实施应力解除进行第一次地应力测量；小孔深度300-500mm；

b.其次，在第一次地应力测量的基础之上，原孔位向深部继续套钻取芯，连续多次进行地应力测量；

c.最后，对多次地应力测试结果进行比对分析，根据应力的变化规律确定原岩应力分布区，分析原岩应力场的分布规律；

所述的第一次地应力测量的深度为6～10米，多次地应力测量的应力解除深度间隔为2～3米；

所述的根据应力的变化规律确定原岩应力分布区是指：

(1)以相邻两次应力解除地应力测试所得地应力值之差的绝对值介于0.01倍和0.05倍的单位面积上覆岩层重量之间为基准，确定此深度区域开始为原岩应力分布区；

(2)确定多次应力解除测得原岩应力的标准为Δσ_i+1-Δσ_i/Δσ_i≤5％,其中Δσ_i＝(σ_i-σ_i-1)，Δσ_i为多次不同深度时进行应力解除地应力测试测得的地应力值。