SU1239319A1 - Method of determining the strained state of rock mass - Google Patents

Method of determining the strained state of rock mass Download PDF

Info

Publication number
SU1239319A1
SU1239319A1 SU843755247A SU3755247A SU1239319A1 SU 1239319 A1 SU1239319 A1 SU 1239319A1 SU 843755247 A SU843755247 A SU 843755247A SU 3755247 A SU3755247 A SU 3755247A SU 1239319 A1 SU1239319 A1 SU 1239319A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
array
core
transverse
velocity
waves
Prior art date
Application number
SU843755247A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Ильич Рубинраут
Геннадий Александрович Марков
Олег Леонидович Кузнецов
Анатолий Александрович Козырев
Original Assignee
Ордена Ленина Кольский Филиал Им.С.М.Кирова Ан Ссср
Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Ядерной Геофизики И Геохимии
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ордена Ленина Кольский Филиал Им.С.М.Кирова Ан Ссср, Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Ядерной Геофизики И Геохимии filed Critical Ордена Ленина Кольский Филиал Им.С.М.Кирова Ан Ссср
Priority to SU843755247A priority Critical patent/SU1239319A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1239319A1 publication Critical patent/SU1239319A1/en

Links

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Description

Изобретение относитс  к горному делу и предназначено дл  определени  напр женного состо ни  массива горных пород на стадии геологоразведочных изысканий.The invention relates to mining and is intended to determine the stress state of a rock mass at the exploration stage.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности и информативности измерений.The aim of the invention is to improve the accuracy and informativeness of measurements.

Способ осуществл ют следующим образом .The method is carried out as follows.

В массиве вдоль скважины измер ют скорости распространени  продольных и поперечных волн. Затем отобранный керн нагружают в осевом направлении и параллельно измер ют скорости распространени  вдоль его оси продольных и поперечных волн. При этом вначале осевую нагрузку довод т до значений, при которых скорость продольных волн в керне становитс  равной скорости этих волн в массиве. При соблюдении этого услови  величину осевой нагрузки принимают за величину вертикальных напр жений в массиве. Затем осевую нагрузку довод т до значений, при которых скорость поперечных волн в керне становитс  равной скорости указанных волн в массиве. Учитыва , что скорость поперечных волн зависит в одинаковой степени от двух главных напр жений (в массиве - вертикальных и горизонтальных , в керне - осевых и поперечных), величину горизонтальных напр жений определ ют путем алгебраического вычитани  из указанной нагрузки ранее измеренной величины вертикальных напр жений.In the array along the well, propagation velocities of longitudinal and transverse waves are measured. Then, the selected core is loaded in the axial direction and, in parallel, the propagation velocities along its axis of longitudinal and transverse waves are measured. At the same time, the axial load is first adjusted to the values at which the speed of the longitudinal waves in the core becomes equal to the speed of these waves in the array. Under this condition, the magnitude of the axial load is taken as the magnitude of the vertical stresses in the array. Then the axial load is adjusted to the values at which the speed of the transverse waves in the core becomes equal to the speed of the said waves in the array. Considering that the speed of the transverse waves depends equally on the two main stresses (in the array — vertical and horizontal, in the core — axial and transverse), the magnitude of the horizontal stresses is determined by algebraically subtracting the previously measured vertical stresses from the specified load.

Если породы анизотропны, керн дополнительно к осевым нагрузкам нагружают также поперечными нагрузками. Величину горизонтальных напр жений в массиве определ ют непосредственно по величине поперечной нагрузки, при которой скорость поперечных волн в керне становитс  равной скорости поперечных волн в массиве.If the rocks are anisotropic, the core in addition to the axial loads also load transverse loads. The magnitude of the horizontal stresses in the array is determined directly from the magnitude of the transverse load at which the velocity of the transverse waves in the core becomes equal to the velocity of the transverse waves in the array.

Сущность предлагаемого способа заключаетс  в использовании нар ду со скорос0The essence of the proposed method is to use, along with speed

5five

00

5five

00

т ми продольной и поперечной волн, в основе которого лежит экспериментально установленное различие в св зи скоростей двух типов волн с различными компонентами напр жений. Скорости продольных волн завис т в основном от нагрузок, действующих на породу вдоль направлени  распространени  волн, и практически не чувствительны к поперечным нагрузкам. Скорости поперечных волн завис т в одинаковой степени от двух главных напр жений, направлени  действи  которых соответствуют направлению распространени  волн и колебаний частиц в ней (пол ризации), т. е.  вл ютс  функцией видаt longitudinal and transverse waves, which is based on the experimentally established difference in the velocities of the two types of waves with different stress components. The velocities of the longitudinal waves depend mainly on the loads acting on the rock along the direction of wave propagation, and are practically insensitive to transverse loads. The velocities of the transverse waves depend to the same extent on the two main stresses whose directions of action correspond to the direction of the waves and the oscillations of the particles in it (polarization), i.e. they are a function of the form

Vs,,: У5„ +А(а, + а,) + В((1,),Vs ,,: У5 „+ A (a, + a,) + B ((1,),

где Vs.t, - скорость распространени  поперечной волны вдоль оси X и пол ризации у;where Vs.t, is the velocity of the transverse wave along the X axis and the polarization y;

Vso - скорость распространени  поперечной волны в ненагруженной породе;Vso is the velocity of propagation of the transverse wave in the unloaded rock;

Ох, Оу, Ог- главные напр жени , действующие вдоль соответствующих координатных осей X, у, z;Oh, Oy, Og are the principal stresses acting along the corresponding x, y, z axes;

A(cr -f-ffj,)- функци  произвольного вида, описывающа  изменение скорости поперечной волны при приложении нагрузок вдоль направлени  ее распространени  (ст) и пол ризации (о,,); В(аг) -функци , описывающа  изменение скорости этой волны под действием напр жений, действующих ортогонально плоскости пол ризации (дл  горных пород экспериментально установлено, что при равных напр жени х ДУ В(аг) значительно меньше (а) или 4У А(о,,). В таблице приведены результаты испытаний .A (cr -f-ffj,) is an arbitrary function describing the change in the velocity of the shear wave under the application of loads along its direction of propagation (st) and polarization (o); The B (ar) function describes the change in the velocity of this wave under the action of stresses acting orthogonally to the plane of polarization (for rocks, it was experimentally established that, at equal voltages, the DN B (ar) is much less than (a) or 4U A (o ,,). The table shows the test results.

VsVs

V/V /

где Vp, V/ - скорости продольной волны при распространении параллельно и перпендикул рно оси сжимающей нагрузки;where Vp, V / are the velocities of the longitudinal wave during the propagation parallel and perpendicular to the axis of the compressive load;

-скорость поперечной волны при распространении параллельно оси сжимающей нагрузки;-speed wave velocity during propagation parallel to the axis of the compressive load;

-скорость поперечной волны при распространении перпендикул рно оси сжимающей нагрузки и положением плоскости пол ризации вдоль оси сжимающей нагрузки.-speed of the transverse wave during the propagation perpendicular to the axis of the compressive load and the position of the polarization plane along the axis of the compressive load.

Данные, представленные в таблице, полностью подтверждают особенности св зи скоростей продольных и особенно поперечных волн с напр жением в горных породах.The data presented in the table fully confirm the peculiarities of the coupling of the velocities of longitudinal and especially transverse waves with stress in rocks.

Таким образом, измерив скорости продольной волны в массиве и в керне под давлением и сопоставив их значени , можно оценить величину вертикальных напр жений . Путем определени  значений скоростей распространени  поперечной волны в керне при различных нагрузках и сопоставлени  их со значени ми скорости указанной волны в массиве становитс  возможным оценить совместное вли ние вертикальных и горизонтальных напр жений. Учитыва , что при действии в массиве лишь гравитационных сил горизонтальные напр жени  равны по величине , знание таких двух параметров, как скорости продольной и поперечной волн, достаточно дл  характеристики напр женного состо ни  массива.Thus, by measuring the velocities of the longitudinal wave in the massif and in the core under pressure and comparing their values, it is possible to estimate the magnitude of the vertical stresses. By determining the values of the propagation velocity of the transverse wave in the core under various loads and comparing them with the velocity values of the specified wave in the array, it becomes possible to estimate the combined effect of vertical and horizontal stresses. Taking into account that when only gravitational forces act in the array, the horizontal stresses are equal in magnitude, knowledge of such two parameters as the speed of the longitudinal and transverse waves is sufficient to characterize the stress state of the array.

Нагружение керна, необходимое дл  того, чтобы установить J какому напр женному состо нию пород соответствует данный набор значений скоростей упругих волн, может осуществл тьс  осевыми или совместно осевыми и поперечными нагрузками. Наиболее простым и производительным  вл етс  осевое нагружение керна. Его использование в предлагаемом способе определени  напр жений наиболее корректно, если исследуемые горные породы отвечают требованию однородности и изотропности. Под однородностью свойств здесь понимаетс  отсутствие различий свойств в разных част х образца. Из услови  однородности следует идентичность зависимости скоростей упругих волн от нагрузки дл  разных направлений, в данном случае, осевом и поперечном направлени х (распостранение волны совпадает с осью нагрузки). Дл  таких пород, как показали результаты теоретических исследований , скорость поперечных волн зависит от напр жений, действующих в направлени х распространени  и пол ризации волн, совершенно одинаково. Таким образом, величина горизонтальных напр жений может быть получена по скорости поперечных волн путем вычитани  вклада вертикальных напр жений из общего относительного изменени  скоростей поперечных волн в керне от дав0Core loading, necessary to establish which stress state of the rocks corresponds to a given set of values of the elastic wave velocities, may be carried out by axial or joint axial and lateral loads. The simplest and most productive is the axial loading of the core. Its use in the proposed method of determining stresses is most correct if the rocks studied meet the requirement of uniformity and isotropy. By homogeneity of properties is here meant the absence of differences in properties in different parts of the sample. From the condition of homogeneity, it follows that the dependence of the velocities of elastic waves on the load for different directions, in this case, the axial and transverse directions (the propagation of the wave coincides with the axis of the load). For such rocks, as shown by the results of theoretical studies, the velocity of transverse waves depends on the stresses acting in the directions of propagation and polarization of the waves, exactly the same. Thus, the magnitude of the horizontal stresses can be obtained from the velocity of the transverse waves by subtracting the contribution of the vertical stresses from the total relative change in the velocities of the transverse waves in the core from the pressure 0

5five

00

5five

00

00

5five

00

5five

лени . С целью повышени  точности способа при определении напр женного состо ни  горных пород, отличающихс   вно выраженной анизотропией и неоднородностью свойств, целесообразно совместное использование осевого и поперечного нагружений керна.laziness. In order to increase the accuracy of the method in determining the stress state of rocks, which are characterized by pronounced anisotropy and heterogeneity of properties, it is advisable to use axial and transverse core loads together.

Пример 1. На Кольском полуострове была пробурена вертикальна  скважина. При этом был отобран керн, из которого сделана выборка через каждые 10 м. Затем с помощью аппаратуры AKK-I был проведен щи- рокополостный акустический каротаж стенок скважины. Примен   метод фазовой коррел ции волновой картины, определили значени  интервальных времен распространени  продольной и поперечной волн вдоль скважины и рассчитали значени  их скоростей . В залегающих на глубине 350 м мелано- кратовых метагаббро скорость продольной волны V была равна 6950 м/с, а скорость поперечной волны Vs - 3910 м/с.Example 1. A vertical well was drilled on the Kola Peninsula. A core was taken from which a sampling was made every 10 m. Then, using the AKK-I equipment, a broadband acoustic logging of the borehole walls was carried out. Using the phase correlation method of the wave pattern, we determined the values of the interval propagation times of the longitudinal and transverse waves along the well and calculated the values of their velocities. In the melanocratic metagabbro located at a depth of 350 m, the velocity of the longitudinal wave V was 6950 m / s, and the velocity of the transverse wave Vs was 3910 m / s.

Меланократовые метагаббро достаточно хорошо удовлетвор ли услови м однородности и изотропии, поэтому их нагружение осуществл лось на прессе только в осевом направлении. В результате измерени  скоростей продольных волн вдоль оси керна при его нагружений была получена зависимость скоростей указанных волн от напр жений в породе. Сопоставл   результаты измерений V и УД получили, что V Vp 6950 м/с при нагрузке 30 МПа. Ее прин ли за величину вертикальных напр жений в массиве (ае -30 МПа).Melanocratic metagabbro suited well enough the conditions of homogeneity and isotropy; therefore, they were loaded on the press only in the axial direction. As a result of measuring the velocities of longitudinal waves along the core axis during its loading, the dependence of the velocities of these waves on the stresses in the rock was obtained. Compared the results of measurements of V and UD obtained that V Vp 6950 m / s under a load of 30 MPa. It was taken as the value of vertical stresses in the array (ae -30 MPa).

Затем нагрузку увеличили по абсолютной величине и довели скорость поперечных волн в керне до значений Vs 3910 м/с, которые были измерены в массиве. Необходима  дл  этого нагрузка оказалась равной 41 МПа. С учетом того, что скорость поперечных волн измен лась под вли нием не только горизонтальных , но и вертикальных напр жений, из -41 МПа вычли ранее измеренную величину вертикальных компонент (оь 30 МПа) и получили, что горизонтальные напр жени  на глубине 1000 м равны аг -41- а, -41 - (-30) -11 МПа.Then the load was increased in absolute value and the velocity of the transverse waves in the core was adjusted to the values of Vs 3910 m / s, which were measured in the array. The load required for this was equal to 41 MPa. Taking into account that the velocity of the transverse waves changed under the influence of not only horizontal but also vertical stresses, the previously measured value of the vertical components (about 30 MPa) was subtracted from -41 MPa and found that the horizontal stresses at a depth of 1000 m are equal ar -41- a, -41 - (-30) -11 MPa.

Пример 2. В Хибинском массиве (Кольский полуостров) была пробурена скважина, пересекающа  комплекс нефелиновых сиенитов . При этом был отобран керн, из которого сделана выборка через каждые 10 м. Затем с по.мощью аппаратуры АКК-1 был проведен широкополостный акустический каротаж стенок скважины. Примен   метод фазовой коррел ции волн, определили значени  интервальных времен распространени  вдоль скважины продольных и поперечных волн и рассчитали значени  их скоростей. На глубине 1150 м в трахитоидных ийолитах скорости были равны V 6260 м/с, V 3450 м/с.Example 2. A well was drilled in the Khibiny massif (Kola Peninsula), crossing a complex of nepheline syenites. A core was taken from which a sampling was made every 10 meters. Then, using the AKK-1 equipment, a wide-band acoustic logging of the borehole walls was carried out. Using the method of phase correlation of waves, determined the values of the interval propagation times along the well of the longitudinal and transverse waves and calculated the values of their velocities. At a depth of 1150 m in trachytoid ijolites, the velocities were V 6,660 m / s, V 3,450 m / s.

Особенностью трахитоидных ийолитов  вилось наличие естественной анизотропииA feature of trachytoid ijolites is the presence of natural anisotropy.

упругих свойств. Поэтому дл  нагружени  керна использовали стабилометр, способный создавать осевые и поперечные нагрузки (КП-З конструкции ВНИМИ). В процессе нагружени  измер ли скорость распространени  в осевом направлении керна продольной и поперечной волн. Нагружение осевыми и поперечными нагрузками осуществл ли до достижени  скорост ми продольной V и поперечной Vs волн в керне значений скоростей указанных волн в массиве (V м/с, Vs м/с). Необходима  дл  этого осева  нагрузка была равна -34 МПа. Она была прин та за величину вертикальных напр жений в массиве ot, -34 МПа. Величину горизонтальных напр жений в массиве определили непосредственно по величине поперечных нагрузок, которые были равны -80 МПа (аг -80 МПа).elastic properties. Therefore, a stabilometer capable of creating axial and transverse loads (KP-3 design of the ARRIM) was used to load the core. During the loading process, the velocity of axial and transverse wave propagation in the axial direction of the core was measured. Axial and transverse loads were loaded until the velocities of the longitudinal V and transverse Vs waves in the core reached the velocities of these waves in the array (V m / s, Vs m / s). The axial load required for this was -34 MPa. It was taken as the magnitude of the vertical stresses in the ot array, -34 MPa. The magnitude of the horizontal stresses in the massif was determined directly from the magnitude of the transverse loads, which were equal to -80 MPa (ag -80 MPa).

Claims (2)

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД, включающий измерение скоростей распространения продольной и поперечной волн в массиве вдоль скважины, измерение скорости распространения продольной волны в осевом направлении керна при его нагружении и определение вертикальных напряжений в массиве путем сопоставления значений скоростей распространения продольной волны в массиве и в керне, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и информативности измерений, при нагружении керна дополнительно измеряют скорость распространения поперечных волн в его осевом направлении и определяют величину горизонтальных напряжений путем сравнения полученных значений скоростей поперечных волн в массиве и в керне с учетом изменения скорости поперечных волн от действия вертикальных напряжений.1. METHOD FOR DETERMINING THE STRESSED STATE OF ROCK MASS, including measuring the propagation velocities of longitudinal and transverse waves in an array along a well, measuring the propagation velocity of a longitudinal wave in the axial direction of a core when it is loaded, and determining vertical stresses in an array by comparing the values of the longitudinal wave propagation velocities in the array and in the core, characterized in that, in order to increase the accuracy and information content of measurements, when loading the core, additionally measure soon the propagation of transverse waves in its axial direction and determine the magnitude of horizontal stresses by comparing the obtained values of the velocities of transverse waves in the array and in the core, taking into account changes in the velocity of transverse waves from the action of vertical stresses. 2. Способ по π. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений в анизотропных породах, керн дополнительно нагружают поперечными нагрузками, а величину горизонтальных напряжений в массиве принимают равной величине поперечных нагрузок, при которых скорость поперечной волны в керне совпадает со скоростью поперечной волны в массиве.2. The method according to π. 1, characterized in that, in order to increase the accuracy of measurements in anisotropic rocks, the cores are additionally loaded with transverse loads, and the horizontal stresses in the array are taken equal to the transverse loads at which the shear wave velocity in the core coincides with the shear wave velocity in the array. SU ,„,1239319SU, „, 1239319
SU843755247A 1984-06-19 1984-06-19 Method of determining the strained state of rock mass SU1239319A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU843755247A SU1239319A1 (en) 1984-06-19 1984-06-19 Method of determining the strained state of rock mass

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU843755247A SU1239319A1 (en) 1984-06-19 1984-06-19 Method of determining the strained state of rock mass

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1239319A1 true SU1239319A1 (en) 1986-06-23

Family

ID=21124618

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU843755247A SU1239319A1 (en) 1984-06-19 1984-06-19 Method of determining the strained state of rock mass

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1239319A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2559327C2 (en) * 2013-10-08 2015-08-10 Юлий Андреевич Гуторов Method of study of rock samples
RU2704086C1 (en) * 2019-07-24 2019-10-23 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Method to determine stress condition of rock massif
RU2775159C1 (en) * 2021-11-16 2022-06-28 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Acoustic-emission method for controlling changes in the stability of a soil massif treated with hardening substances

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Забичайло В. Е. и др. О возможности определени напр жений в массиве горных пород на стадии геологоразведочных работ.-В сб.: Методологи измерени напр жений в массиве горных пород. Новосибирск, 1978, с. 81-83. Nur А., Simmons G. Stress-induced ani- sotropy in rock: an experimental study. Journal of Geoph. Res, 1969, v. 74, № 27, p. 6667- 6674. Методические рекомендации по оценке напр женного состо ни околоствольной части глубоких скважин с помощью сейсмо- акустики. М.: ВНИИЯГГ, 1980, с. 13. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2559327C2 (en) * 2013-10-08 2015-08-10 Юлий Андреевич Гуторов Method of study of rock samples
RU2704086C1 (en) * 2019-07-24 2019-10-23 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Method to determine stress condition of rock massif
RU2775159C1 (en) * 2021-11-16 2022-06-28 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Acoustic-emission method for controlling changes in the stability of a soil massif treated with hardening substances

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dunn et al. Porosity dependence and mechanism of brittle fracture in sandstones
Santarelli et al. Failure of three sedimentary rocks in triaxial and hollow cylinder compression tests
Shang et al. Tensile strength of large-scale incipient rock joints: a laboratory investigation
Janach Failure of granite under compression
Bésuelle Evolution of strain localisation with stress in a sandstone: brittle and semi-brittle regimes
Li et al. Determination of scale effects on mechanical properties of berea sandstone
SU1239319A1 (en) Method of determining the strained state of rock mass
Talaganov Stress-strain transformations and liquefaction of sands
Mashinskii Non-linear stress-strain relation in sedimentary rocks and its effect on seismic wave velocity
Ramos et al. Use of S-wave anisotropy to quantify the onset of stress-induced microfracturing
CA2337803C (en) Method of determining in-situ stresses in an earth formation
Cannaday Modulus of elasticity of a rock determined by four different methods
Abdolghafurian et al. Experimental comparative investigation of dynamic and static properties of reservoir rocks
Wilson A laboratory investigation of a high modulus borehole plug gage for the measurement of rock stress
Cai et al. Comprehensive evaluation of rock mechanical properties and in-situ stress in tight sandstone oil reservoirs
Katahara et al. Integrating laboratory and field data to infer horizontal elastic strain in the Middle Bakken
Hayashi et al. In situ stress measurement by hydraulic fracturing at the Kamaishi mine
Mills In situ stress measurement using the ANZI stress cell
Filimonov et al. Effect of Confining Stress on Acoustic Emission in Ductile Rock.
Liu et al. Influence of pore water pressure on concrete creep and a creep model considering the effect of cohesion and internal friction angle
Desroches et al. Channeling and stiffness effects on fluid percolation in jointed rocks
Cain et al. Triaxial testing of brittle sandstone using a multiple failure state method
RU1772594C (en) Method of determining stresses in an object to be investigated
Zheng Compressibility of porous rocks under different stress conditions
Ebadi et al. Estimating the deformation modulus of jointed rock mass under multilateral loading condition using analytical methods