CN113281176B - 水压致裂法测量结果的校验方法及加载装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水压致裂法测量结果的校验方法及加载装置，水压致裂法测量结果的校验方法包括：获取现场实际地质测量的岩石作为试样；用加载装置对试样施加加载应力，通过水压致裂法确定注水压力与注水时间的关系曲线中关键点位置；根据得到的关键点的位置，对现场实际地质测量中通过水压致裂法得到注水压力与注水时间的关系曲线的关键点位置的选取，提供依据和参考。通过对现场实际地质岩石采样，采用水压致裂法在加载装置内对水压致裂地应力测量过程中水压‑时间关系曲线的关键点位置选取进行校验，实现为现场实际地质水压致裂法得到的关系曲线关键点位置拾取提供依据和参考。达到提高水压致裂法测量结果精度、可靠性及准确度的效果。
Description
技术领域
本发明涉及矿山开采领域技术领域，尤其涉及一种水压致裂法测量结果的校验方法及加载装置。
背景技术
地应力是引起采矿及其他各种地下工程变形和破坏的根本作用力，其大小和方向对煤矿巷道围岩稳定影响很大，地应力测量是确定工程岩体力学属性、进行围岩稳定性分析以及实现地下工程开挖设计科学化的必要前提。随着矿井开采深度不断增加，地应力的作用表现得越来越明显。深部高地应力巷道的维护、冲击地压等灾害现象都与地应力有着密切的关系。弄清开采范围内地应力的大小和方向，据此进行合理的巷道布置，不仅可以显著改善巷道维护状况，避免灾害发生，而且可节约大量支护和维修费用，显著提高矿井的经济效益。
地应力测试理论与技术一直是岩石力学与工程学科的重要研究内容。目前地应力测量方法有很多种，根据测量原理可分为三大类：第一类是以测定岩体中的应变、变形为依据的力学法，如应力恢复法、应力解除法及水压致裂法等；第二类是以测量岩体中声发射、声波传播规律、电阻率或其他物理量的变化为依据的地球物理方法；第三类是根据地质构造和井下岩体破坏状况提供的信息确定应力方向。水压致裂地应力测量方法是国际岩石力学测试技术专业委员会制定的测定原位应力的方法之一，也是目前深部地应力测量所能够采用的最有效的方法。由于水压致裂法对环境的要求比较宽松，能测量较深处的绝对应力状态，是最直接的测量方法，无需了解和测定岩石的弹性模量，测量应力的空间范围较大，受局部因素的影响较小；不需要套芯等复杂工序，成功率较高。这种方法在水利水电工程、金属矿山、煤矿、隧道工程等方面已得到广泛应用。
水压致裂地应力测量方法有其局限性，主要体现在：
(1)数据分析资料必须依靠对水压致裂试验曲线关键点的准确识别，如裂缝闭合压力Ps，破坏压力Pb，重张压力Pr等参数，否则得到的结果就无法应用，如何合理地识别水压致裂试验曲线上关键点对提高水压致裂法地应力测量的精度及准确性是十分重要的；
(2)水压致裂地应力测量需假设其为线弹性、各向同性的完整、非渗透性岩石，但地下工程岩体往往是节理裂隙发育的，发育的原生裂隙对于压裂裂纹起裂及扩展都是有显著影响的，分析原生节理对水压裂地应力测量的影响是十分重要的。
发明内容
本发明提供一种水压致裂法测量结果的校验方法及加载装置，用以解决现有技术中不能准确拾取水压致裂地应力测量水压-时间曲线上的关键点问题，导致水压致裂法测量的结果精度低或不准确性的缺陷，通过对现场实际地质岩石试样采用水压致裂法在加载装置内开展地应力测量，对水压-时间关系曲线的关键点位置选取进行校验，实现为现场实际地质工程条件水压致裂法测量中水压-时间曲线的关键点位置拾取提供依据和参考。
本发明提供一种水压致裂地应力测量方法测量结果的校验方法，包括：
获取现场实际地质测量的岩石作为试样；
用加载装置对试样施加加载应力，通过水压致裂法确定注水压力与注水时间的关系曲线中关键点位置；
根据得到的关键点的位置，对现场实际地质测量中通过水压致裂法得到注水压力与注水时间的关系曲线的关键点位置的选取，提供依据和参考。
根据本发明提供的水压致裂法测量结果的校验方法，所述用加载装置对试样施加加载应力，通过水压致裂法确定注水压力与注水时间的关系曲线中关键点位置的步骤，具体包括；
对试样施加加载应力，其中，X轴方向和负X轴方向的加载力为σh1，Y轴和负Y轴方向的加载力为σH1；
在试样中部沿Z轴方向打孔，并进行封堵形成注水空间；
对注水空间采用水压致裂法得到多次高压注水过程中的水力裂缝临界闭合点的闭合压力Ps；
基于闭合压力Ps和加载力σh1的比较结果来确定多次高压注水过程中的水力裂缝临界闭合点在所述关系曲线中的位置；
通过所述水压致裂法得到多次高压注水过程中水力裂缝重新完全张开点的重张压力Pr和多次高压注水过程中水力裂缝完全闭合点的关闭压力P0；
基于闭合压力Ps、重张压力Pr和关闭压力P0得到最大水平主应力σH；
基于加载力σH1与最大水平主应力σH的比较结果来确定多次高压注水过程中水力裂缝重新完全张开点和多次高压注水过程中水力裂缝完全闭合点在所述关系曲线中的位置。
根据本发明提供的水压致裂法测量结果的校验方法，所述根据得到的关键点的位置，对现场实际地质测量中通过水压致裂法得到注水压力与注水时间的关系曲线的关键点位置的选取，提供依据和参考的步骤，具体包括：
根据获得的所述关系曲线中的水力裂缝临界闭合点、水力裂缝重新完全张开点和水力裂缝完全闭合点的位置对现场实际地质通过水压致裂法测量的关系曲线中的水力裂缝临界闭合点、水力裂缝重新完全张开点和水力裂缝完全闭合点的位置选取提供依据和参考。
根据本发明提供的水压致裂法测量结果的校验方法，所述水压致裂法的具体步骤包括：
实时采集试样打孔形成的注水空间内水压压力值；
对所述注水空间进行第一次高压注水，直至所述试样发生破裂，并且所述孔形成水力裂缝；
停止注水并泄压，直至所述水力裂缝完全闭合；
重复N次对所述注水空间进行高压注水，直至重新产生所述水力裂缝，停止注水并泄压，直至所述水力裂缝再次完全闭合的过程；
绘制第一次至第N次的高压注水过程中的所述注水空间的注水压力与注水时间的关系曲线。
根据本发明提供的水压致裂法测量结果的校验方法，所述水力裂缝的扩展长度等于三倍所述孔的直径。
根据本发明提供的水压致裂法测量结果的校验方法，所述水力裂缝临界闭合点的位置确定的具体步骤包括：
调整水力裂缝临界闭合点在所述关系曲线中的位置，直至闭合压力Ps与加载力σh1相等，从而确定水力裂缝临界闭合点在所述关系曲线中的位置。
根据本发明提供的水压致裂法测量结果的校验方法，所述最大水平主应力σH的计算方法具体步骤为：
通过公式σH＝3Ps-Pr-P0，得到最大水平主应力σH。
根据本发明提供的水压致裂法测量结果的校验方法，所述基于加载力σH1与最大水平主应力σH的比较结果来确定多次高压注水过程中水力裂缝重新完全张开点和多次高压注水过程中水力裂缝完全闭合点的位置的确定的具体步骤为：
调整多次高压注水过程中所述水力裂缝重新完全张开点和所述水力裂缝完全闭合点在关系曲线中的位置，直至加载力σH1与最大水平主应力σH相等，从而确定多次高压注水过程中所述水力裂缝重新完全张开点和所述水力裂缝完全闭合点在关系曲线中的位置。
一种用于执行上述校验方法的加载装置包括真三轴水压致裂试验台、注水阀门、高压泵、控制器和压力采集器，
所述真三轴水压致裂试验台用于向岩石试样加载三向应力；
所述注水阀门与高压泵连接，且置于封堵完成的注水空间内；
所述控制器与所述高压泵连接；
所述压力采集器实时采集所述注水空间的压力值，所述压力采集器与所述控制器相连。
根据本发明提供的加载装置，还包括截止阀，所述截止阀置于所述注水阀门与所述高压泵之间，且靠近所述高压泵。
本发明提供的水压致裂法测量结果的校验方法及加载装置，通过对现场实际地质岩石采样，采用水压致裂法在加载装置内对水压致裂法测量过程中水压-时间关系曲线的关键点位置选取进行校验，实现为现场实际地质条件水压致裂法测量过程中水压-时间关系曲线关键点位置拾取提供依据和参考。达到对水压致裂法测量结果进行精准校核目的，提高水压致裂法测量结果精度、可靠性及准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的水压致裂法测量结果的校验方法的流程示意图之一；
图2是本发明提供的水压致裂法测量结果的校验方法的流程示意图之二；
图3是本发明提供的水压致裂法测量结果的校验方法的注水压力与注水时间的关系曲线图；
图4是本发明提供的水压致裂法原理图；
图5是本发明提供的水压致裂法测量结果的校验方法的流程示意图之三；
图6是本发明提供的加载装置示意图；
附图标记：
100：真三轴水压致裂试验台； 200：封堵器；
300：高压泵； 201：孔；
301：控制器； 302：压力采集器；
303：注水阀门； 304：截止阀。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
下面结合图1至图6，对本发明的实施例进行描述。应当理解的是，以下所述仅是本发明的示意性实施方式，并不对本发明构成限定。
如图1所示，本发明提供了一种水压致裂法测量结果的校验方法，包括：
S1：获取现场实际地质测量的岩石作为试样；
S2：用加载装置对试样施加加载应力，通过水压致裂法确定注水压力与注水时间的关系曲线中关键点位置；
S3：根据得到的关键点的位置，对现场实际地质测量中通过水压致裂法得到注水压力与注水时间的关系曲线的关键点位置的选取，提供依据和参考。
具体来说，在步骤S1中现场实际地质测量主要是指在煤矿开采过程中对地下岩石的地应力的测量。地应力的大小和方向对煤矿巷道围岩稳定影响很大。
进一步地，获取试样的尺寸可以为长×宽×高＝500mm×500mm×500mm。
应当理解的是，步骤S1选取的试样是从步骤S3中现场实际地质中选取的。
本发明提供的水压致裂法测量结果的校验方法，通过对现场实际地质岩石采样，采用水压致裂地应力测量方法在加载装置内开展地应力测量，对水压-时间关系曲线的关键点位置进行校验，实现为现场实际地质地应力测量水压-时间关系曲线关键点位置拾取提供依据和参考。达到对水压致裂法测量结果进行精准校核目的，提高水压致裂法测量结果精度、可靠性及准确度。
如图2和图3所示，在本发明的一个实施例中，在步骤S2中，用加载装置对试样施加加载应力，通过水压致裂法确定注水压力与注水时间的关系曲线中关键点位置的步骤，具体包括；
S11：对试样施加加载应力，其中，X轴方向和负X轴方向的加载力为σh1，Y轴和负Y轴方向的加载力为σH1；
S12：在试样中部沿Z轴方向打孔，并进行封堵形成注水空间；
S13：对注水空间采用水压致裂法得到多次高压注水过程中的水力裂缝临界闭合点的闭合压力Ps；
S14：基于闭合压力Ps和加载力σh1的比较结果来确定多次高压注水过程中的水力裂缝临界闭合点在关系曲线中的位置；
S15：通过水压致裂法得到多次高压注水过程中水力裂缝重新完全张开点的重张压力Pr和多次高压注水过程中水力裂缝完全闭合点的关闭压力P0；
S16：基于闭合压力Ps、重张压力Pr和关闭压力P0得到最大水平主应力σH；
S17：基于加载力σH1与最大水平主应力σH的比较结果来确定多次高压注水过程中水力裂缝重新完全张开点和多次高压注水过程中水力裂缝完全闭合点在关系曲线中的位置。
在本实施例中，针对最大水平主应力σH的计算方法进一步解释，最大水平主应力σH的计算方法具体步骤为：
通过公式σH＝3Ps-Pr-P0，得到最大水平主应力σH。
针对步骤S11中，加载装置对试样的六面进行加载，即Y轴和负Y轴方向的加载力σV1。
针对步骤S12中，沿Y轴方向所打的孔为通孔，并通过上下封堵器200封堵以形成注水空间。
针对步骤S13中，多次高压注水过程中的水力裂缝临界闭合点的闭合压力Ps的具体理解为：当水力裂缝处于临界闭合状态时，水力裂缝内的流体压力与垂直于水力裂缝平面的最小水平主应力相平衡，此时所对应的闭合压力Ps就近似等于最小水平主应力σh。
其中，步骤S14中的水力裂缝临界闭合点的位置指的是在注水压力与注水时间的关系曲线中水力裂缝临界闭合点的位置。
进一步地，针对步骤S15中多次高压注水过程：在水压致裂过程中，当钻孔的孔壁岩石所受的最大切向应力Pb等于其拉伸强度τ加上孔壁外的应力集中时，孔壁岩石发生拉伸破坏，裂缝开始起裂扩展如图4所示沿A-A’点，即满足以下关系：
Pb＝3σh-σH+τ-P0
停泵泄压后水力裂缝逐渐闭合，再次对注水空间进行注液增压，使水力裂缝重新张开时，即可得到水力裂缝重新完全张开点的重张压力Pr，此时，由于岩石已经破裂，抗拉强度τ＝0，则：
Pr＝3σh-σH-P0
因此，为了不受抗拉强度的对关键点的影响，选多次高压注水中的水力裂缝重新完全张开点的重张压力Pr作为计算得到最大水平主应力σH。
具体地，在多次高压注水过程中，理论上每次的水力裂缝临界闭合点的闭合压力Ps以及每次的水力裂缝完全闭合点的关闭压力P0的压力值都是相同的，因此，在具体操作过程中，可以选择任何一次注水过程的水力裂缝临界闭合点和水力裂缝完全闭合点作为选取值。
但是在具体的实验和现场中，每次高压注水过程中的水力裂缝临界闭合点的闭合压力Ps以及水力裂缝完全闭合点的关闭压力P0都略有误差，在合理误差范围内，并不影响判断和实验。
进一步地，在本发明的一个实施例中，根据得到的关键点的位置，对现场实际地质测量中通过水压致裂法得到注水压力与注水时间的关系曲线的关键点位置的选取，提供依据和参考的步骤，具体包括：
根据获得的关系曲线中的水力裂缝临界闭合点、水力裂缝重新完全张开点和水力裂缝完全闭合点的位置，对现场实际地质通过水压致裂法测量的关系曲线中水力裂缝临界闭合点、水力裂缝重新完全张开点和水力裂缝完全闭合点的位置选取，提供依据和参考。
即在本实施例中关键点即为水力裂缝临界闭合点、水力裂缝重新完全张开点和水力裂缝完全闭合点。
在现场实际地质水压致裂地应力测量中具体包括：
在围岩钻孔中进行，在打好的钻孔中用封隔器封隔一段钻孔，在封闭钻孔内注入高压水直至将围岩压裂，压裂的方向即为最大水平主应力方向。
为得到水压裂缝的形态及方位，在压裂后需要进行印模。方法是把带有定向罗盘的印模胶筒放在已压裂孔段，给印模器注水加压。
印模器外涂有具有一定塑性的橡胶，印模器注水膨胀后外层橡胶挤入压裂裂缝中，卸压后把印痕留在胶筒上，这样就得到了压裂缝。
根据印模器中定位罗盘测量出胶筒基线方位，确定破裂的方位，破裂方位即最大水平主应力σH的方位，而最小水平主应力方向与最大水平主应力方向垂直。
基于水压致裂理论与方法，通过实测与计算，可得到测点的原岩应力场中的最大最小水平主应力大小与方向。
如图5所示，在本发明的一个实施例中，步骤S13至S15中所采用的水压致裂法的具体步骤包括：
S21：实时采集试样打孔形成的注水空间内水压力的压力值；
S22：对注水空间进行第一次高压注水，直至试样发生破裂，并且孔形成水力裂缝；
S23：停止注水并泄压，直至水力裂缝完全闭合；
S24：重复N次对注水空间进行高压注水，直至重新产生水力裂缝，停止注水并泄压，直至水力裂缝再次完全闭合的过程；
S25：绘制第一次至第N次的高压注水过程中的注水空间的注水压力与注水时间的关系曲线。
其中，在本发明的一个实施例中，水力裂缝的扩展长度等于三倍的孔201的直径。
如图6所示，在本发明的另一个实施例中，在步骤S13中，水力裂缝临界闭合点的位置确定的具体步骤包括：
调整水力裂缝临界闭合点在关系曲线中的位置，直至闭合压力Ps与加载力σh1相等，从而确定水力裂缝临界闭合点在所述关系曲线中的位置。
在本发明的一个具体实施例中，步骤S17中，基于加载力σH1与最大水平主应力σH的比较结果来确定多次高压注水过程中水力裂缝重新完全张开点和多次高压注水过程中水力裂缝完全闭合点的位置确定的具体步骤为：
调整多次高压注水过程中水力裂缝重新完全张开点和所述水力裂缝完全闭合点在关系曲线中的位置，直至加载力σH1与最大水平主应力σH相等，从而确定多次高压注水过程中水力裂缝重新完全张开点和水力裂缝完全闭合点在关系曲线中的位置。
换句话说，当通过水压致裂法实测的最大水平主应力σH和最小水平主应力σh的大小与加载装置加载的X轴方向和负X轴方向的加载力σh1以及Y轴和负Y轴方向的加载力σH1有较大差异时，说明在水压致裂试验曲线关键点的准确识别上有一定的偏差。
需对水压致裂试验曲线关键点的准确识别进行调整校核，当通过水压致裂法实测的最大水平主应力σH和最小水平主应力σh的大小与加载装置加载的X轴方向和负X轴方向的加载力σh1以及Y轴和负Y轴方向的加载力σH1大小一致时，说明关键点的识别准确。
如图6所示，本发明提供了一种用于执行上述校验方法的加载装置，包括真三轴水压致裂试验台100、注水阀门303、高压泵300、控制器301和压力采集器302。
真三轴水压致裂试验台100用于向岩石试样加载三向应力；
注水阀门303与高压泵300连接，且置于封堵完成的注水空间内；
控制器301与高压泵300连接；
压力采集器302实时采集注水空间的压力值，压力采集器302与控制器301相连。
应当理解的是，真三轴水压致裂试验台是可以获得所加载的三向力的大小。换句话说，根据所要加载的三向力的大小，预设输入在真三轴水压致裂试验台就可以完成加载。
继续参考图6，在本发明的可选实施例中，加载装置还包括截止阀304，截止阀304置于注水阀门303与高压泵300之间，且靠近高压泵300。
实际工程地质条件下，影响水压致裂地应力测量的主要影响因素为围岩强度、埋深及围岩内部节理裂隙发育程度。
开展不同围岩强度、不同埋深及不同裂隙发育程度的水压致裂法测量结果的校验，通过水压致裂法对地应力测量实测结果与加载装置水平应力加载情况对比并不断校核，建立不同围岩强度、不同埋深、不同裂隙发育程度水压致裂试验曲线上关键点的准确识别方法体系。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种水压致裂法测量结果的校验方法，其特征在于，包括：
获取现场实际地质测量的岩石作为试样；
用加载装置对试样施加加载应力，通过水压致裂法确定注水压力与注水时间的关系曲线中关键点位置，包括：
对试样施加加载应力，其中，X轴方向和负X轴方向的加载力为σh1，Y轴和负Y轴方向的加载力为σH1；
在试样中部沿Z轴方向打孔，并进行封堵形成注水空间；
对注水空间采用水压致裂法得到多次高压注水过程中的水力裂缝临界闭合点的闭合压力Ps；
基于闭合压力Ps和加载力σh1的比较结果来确定多次高压注水过程中的水力裂缝临界闭合点在所述关系曲线中的位置；
通过所述水压致裂法得到多次高压注水过程中水力裂缝重新完全张开点的重张压力Pr和多次高压注水过程中水力裂缝完全闭合点的关闭压力P0；
基于闭合压力Ps、重张压力Pr和关闭压力P0得到最大水平主应力σH；
基于加载力σH1与最大水平主应力σH的比较结果来确定多次高压注水过程中水力裂缝重新完全张开点和多次高压注水过程中水力裂缝完全闭合点在所述关系曲线中的位置；
根据获得的所述关系曲线中的水力裂缝临界闭合点、水力裂缝重新完全张开点和水力裂缝完全闭合点的位置对现场实际地质通过水压致裂法测量的关系曲线中的水力裂缝临界闭合点、水力裂缝重新完全张开点和水力裂缝完全闭合点的位置选取提供依据和参考。
2.根据权利要求1所述的水压致裂法测量结果的校验方法，其特征在于，所述水压致裂法的具体步骤包括：
实时采集试样打孔形成的注水空间内水压压力值；
对所述注水空间进行第一次高压注水，直至所述试样发生破裂，并且所述孔形成水力裂缝；
停止注水并泄压，直至所述水力裂缝完全闭合；
重复N次对所述注水空间进行高压注水，直至重新产生所述水力裂缝，停止注水并泄压，直至所述水力裂缝再次完全闭合的过程；
绘制第一次至第N次的高压注水过程中的所述注水空间的注水压力与注水时间的关系曲线。
3.根据权利要求2所述的水压致裂法测量结果的校验方法，其特征在于，所述水力裂缝的扩展长度等于三倍所述孔的直径。
4.根据权利要求3所述的水压致裂法测量结果的校验方法，其特征在于，所述水力裂缝临界闭合点的位置确定的具体步骤包括：
调整水力裂缝临界闭合点在所述关系曲线中的位置，直至闭合压力Ps与加载力σh1相等，从而确定水力裂缝临界闭合点在所述关系曲线中的位置。
5.根据权利要求1所述的水压致裂法测量结果的校验方法，其特征在于，所述最大水平主应力σH的计算方法具体步骤为：
通过公式σH＝3Ps-Pr-P0，得到最大水平主应力σH。
6.根据权利要求2所述的水压致裂法测量结果的校验方法，其特征在于，所述基于加载力σH1与最大水平主应力σH的比较结果来确定多次高压注水过程中水力裂缝重新完全张开点和多次高压注水过程中水力裂缝完全闭合点的位置的确定的具体步骤为：
调整多次高压注水过程中所述水力裂缝重新完全张开点和所述水力裂缝完全闭合点在关系曲线中的位置，直至加载力σH1与最大水平主应力σH相等，从而确定多次高压注水过程中所述水力裂缝重新完全张开点和所述水力裂缝完全闭合点在关系曲线中的位置。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202330181U (zh) * | 2011-12-06 | 2012-07-11 | 湖南科技大学 | 含裂纹类岩石材料水压致裂装置 |
| CN103471923A (zh) * | 2013-09-25 | 2013-12-25 | 中国地震局地壳应力研究所 | 一种多直径岩芯液压致裂抗拉强度快速试验机 |
| CN105628501A (zh) * | 2014-10-09 | 2016-06-01 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 真三轴水压致裂岩石力学试验系统 |
| CN105716747A (zh) * | 2016-02-18 | 2016-06-29 | 中国矿业大学 | 矿井下岩层地应力快速测量装备及方法 |
| CN106401551A (zh) * | 2016-10-21 | 2017-02-15 | 中国石油大学(北京) | 一种水平井分段压裂或同步压裂模拟实验系统 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100924149B1 (ko) * | 2006-10-31 | 2009-10-28 | 한국지질자원연구원 | 저온 열 균열 현상을 이용한 암반 내 초기응력 측정방법 |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202330181U (zh) * | 2011-12-06 | 2012-07-11 | 湖南科技大学 | 含裂纹类岩石材料水压致裂装置 |
| CN103471923A (zh) * | 2013-09-25 | 2013-12-25 | 中国地震局地壳应力研究所 | 一种多直径岩芯液压致裂抗拉强度快速试验机 |
| CN105628501A (zh) * | 2014-10-09 | 2016-06-01 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 真三轴水压致裂岩石力学试验系统 |
| CN105716747A (zh) * | 2016-02-18 | 2016-06-29 | 中国矿业大学 | 矿井下岩层地应力快速测量装备及方法 |
| CN106401551A (zh) * | 2016-10-21 | 2017-02-15 | 中国石油大学(北京) | 一种水平井分段压裂或同步压裂模拟实验系统 |
| CN108894786A (zh) * | 2018-08-07 | 2018-11-27 | 中国恩菲工程技术有限公司 | 岩石定向致裂系统 |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| 刘建中 等.大尺度水压致裂模拟实验.《地球物理学报》.1994,第37卷 * |
| 单孔三维水压致裂原位地应力测量应用研究;邢博瑞;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士) 基础科学辑》;20141015;第2.1.1节 * |
| 大尺度水压致裂模拟实验;刘建中 等;《地球物理学报》;19941231;第37卷;第二至四节 * |
| 小型水压致裂法在断层破碎地层隧道地应力测试中的研究应用;邹友;《科技创新导报》;20190531;42-45 * |
| 水压致裂原地应力测试井下水压力数据采集系统及其应用研究;王建新 等;《岩石力学与工程学报》;20161031;第35卷;3971-3976 * |
| 水压致裂应力测量数据分析——对瞬时关闭压力ps的常用判读方法讨论;丰成君 等;《岩土力学》;20120731;第33卷(第7期);2149-2159 * |
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