專利名稱：一種原孔位多次應(yīng)力解除法的地應(yīng)力測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種原孔位多次應(yīng)力解除法的地應(yīng)力測(cè)試方法，屬于地應(yīng)力測(cè)試領(lǐng)域。能夠普遍適用于礦井不同巷道圍巖內(nèi)不同深度的地應(yīng)力測(cè)試研究，尤其適用于對(duì)巷道圍巖深部原巖應(yīng)力場(chǎng)分布狀態(tài)的研究。
背景技術(shù)：
地應(yīng)力是引起采礦、水利水電、土木工程、軍事、鐵道公路等各種地下或露天巖土開(kāi)挖工程變形的根本破壞力，對(duì)巷道原巖地應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量是確定工程巖體力學(xué)屬性，進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性分析，實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)和決策科學(xué)化的根本前提。目前世界上已有美國(guó)，德國(guó)，波蘭等幾十個(gè)國(guó)家進(jìn)行了地應(yīng)力的測(cè)量工作。測(cè)量方法有很多種；但比較常用的方法有應(yīng)力解除法、應(yīng)變恢復(fù)法，應(yīng)力恢復(fù)法。也有人依據(jù)測(cè)量基本原理的不同，將測(cè)量方法分為直接法和間接法兩大類。直接測(cè)量法是通過(guò)直接測(cè)量和記錄相應(yīng)的應(yīng)力分量值，并根據(jù)他們與地應(yīng)力的關(guān)系來(lái)確定地應(yīng)力的值；而間接測(cè)量法是根據(jù)巖石的變形利用胡克定律來(lái)確定地應(yīng)力的值。目前國(guó)內(nèi)外最普遍的地應(yīng)力測(cè)量方法是套孔應(yīng)力解除法。而空心包體技術(shù)的套孔應(yīng)力解除法是目前地應(yīng)力測(cè)量最可靠的方法之一，該方法是建立在彈性理論基礎(chǔ)上的應(yīng)力測(cè)量方法。其基本原理就是將包含應(yīng)變計(jì)的巖石通過(guò)取芯將其從周圍圍巖應(yīng)力場(chǎng)中隔離開(kāi)來(lái)，由于巖石的彈性會(huì)發(fā)生膨脹變形，測(cè)量出此巖塊的三維膨脹變形，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)彈模律定來(lái)確定其彈性模量，再由胡可定律即可計(jì)算出應(yīng)力解除前巖體中應(yīng)力的大小和方向。它的突出優(yōu)點(diǎn)就是通過(guò)在一個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量便可得到所測(cè)礦山巖體的三維地應(yīng)力狀態(tài)，并且它能根據(jù)工程和地質(zhì)上的需要，測(cè)量不同深度的地應(yīng)力狀態(tài)，測(cè)量深度可以超過(guò)千米。從而建立地應(yīng)力狀態(tài)空間信息網(wǎng)絡(luò)，是研究原巖應(yīng)力場(chǎng)及其變化規(guī)律的重要依據(jù)，在地下礦山巖體原巖應(yīng)力的測(cè)量中得到了廣泛的應(yīng)用。但是傳統(tǒng)的套孔應(yīng)力解除法是單次鉆孔，單次測(cè)量，如果鉆孔不精準(zhǔn)，或者鉆孔出現(xiàn)傾斜偏差，致使孔口和孔徑不能完全保持垂直，就將造成數(shù)據(jù)誤差，進(jìn)而不可避免地對(duì)工程施工造成不良影響，降低工程經(jīng)濟(jì)效益。而原孔位多次應(yīng)力解除法地應(yīng)力測(cè)量技術(shù)則有效的解決了這一問(wèn)題，通過(guò)反復(fù)多次測(cè)量出同一孔位不同深度的地應(yīng)力值，增強(qiáng)了測(cè)試數(shù)據(jù)的科學(xué)性和真實(shí)性，避免了重新鉆孔，減少了復(fù)雜的施工過(guò)程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種原孔位多次應(yīng)力解除法的地應(yīng)力測(cè)試方法，是基于套孔應(yīng)力解除法，對(duì)原巖應(yīng)力測(cè)量及原巖應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律的進(jìn)一步研究。本發(fā)明是以如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種原孔位多次應(yīng)力解除法的地應(yīng)力測(cè)試方法，首先選取巖性完好適于地應(yīng)力測(cè)試的地點(diǎn)，在選取的地應(yīng)力測(cè)試地點(diǎn)鉆取直徑為127mm的導(dǎo)孔，磨平孔底，再鉆取直徑37mm的小孔、小孔深度300-500mm ;后在小孔中安裝空心包體實(shí)施應(yīng)力解除進(jìn)行第一次地應(yīng)力測(cè)量。其次，在第一次地應(yīng)力測(cè)量的基礎(chǔ)之上，原鉆頭沿原孔位向深部繼續(xù)套鉆取芯，連續(xù)多次進(jìn)行地應(yīng)力測(cè)量，多次應(yīng)力解除深度間隔為2-3米。然后對(duì)多次地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比對(duì)分析，根據(jù)應(yīng)力的變化規(guī)律確定原巖應(yīng)力分布區(qū)，分析原巖應(yīng)力場(chǎng)的分布規(guī)律；以相鄰兩次應(yīng)力解除地應(yīng)力測(cè)試所得地應(yīng)力值之差的絕對(duì)值介于0.0l倍和0.05倍的單位面積上覆巖層重量之間為基準(zhǔn)，確定此深度區(qū)域開(kāi)始為原巖應(yīng)力分布區(qū)，確定多次應(yīng)力解除測(cè)得原巖應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)為Λ σ +1-Δ σ i/Λ σ i彡5%，其中Λ σ i=(O1-O η) ,Aoi為多次不同深度時(shí)進(jìn)行應(yīng)力解除地應(yīng)力測(cè)試測(cè)得的地應(yīng)力值。所述的第一次測(cè)量深度為6 10米。此外，可通過(guò)多次地應(yīng)力測(cè)試巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的巖石力學(xué)參數(shù)進(jìn)行相互比對(duì)，分析圍巖內(nèi)部巖性變化規(guī)律。有益效果:一種原孔位多次應(yīng)力解除法的地應(yīng)力測(cè)試方法，其多次取芯相對(duì)一次取芯愈發(fā)向圍巖深部延伸，遠(yuǎn)離了巷道兩幫及頂板，這樣就遠(yuǎn)離了巷道開(kāi)挖所造成的應(yīng)力影響區(qū)，且多次測(cè)量，最后算出的不同深度的應(yīng)力值可以相互比對(duì)，可以準(zhǔn)確確定出多次應(yīng)力解除測(cè)得的為原巖應(yīng)力。和傳統(tǒng)的套芯應(yīng)力解除法地應(yīng)力測(cè)量相比，極大的增強(qiáng)了測(cè)試數(shù)據(jù)的科學(xué)性和測(cè)試地點(diǎn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性，從而避免因測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)所導(dǎo)致的危險(xiǎn)的工程設(shè)計(jì)，并減少了復(fù)雜的施工過(guò)程。這樣將有效提高準(zhǔn)確性，也避免了多次鉆取新孔，有效提高了工程經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)省鉆孔時(shí)的人力和物力。


圖1所示為原孔位多次應(yīng)力解除法示意圖。圖2所示為應(yīng)力解除次數(shù)與地應(yīng)力測(cè)量值關(guān)系曲線中:1、空心包體I ;2、空心包體；i+2、空心包體i+2。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。本實(shí)施例中對(duì)于一種原孔位多次地應(yīng)力解除法地應(yīng)力測(cè)試的具體操作步驟如下:參見(jiàn)圖1和圖2，1.選擇合適的測(cè)點(diǎn)，從巖體表面，用SGM-1A型地質(zhì)鉆機(jī)向巖體內(nèi)部打直徑為127mm的大孔，深度為10m。為了便于下一步安裝測(cè)試探頭，大孔要保持一定的同心度，因此在鉆進(jìn)過(guò)程中需有導(dǎo)向裝置，大孔鉆完后需要將孔底磨平。2.再用錐形鉆頭打出喇叭口，然后從大孔孔底打同心直徑37_的小孔，小孔深度500mm ;小孔打完后用鉆機(jī)的水管沖洗鉆孔，以便清洗小孔中的鐵屑和其他雜物，為此鉆孔需上傾1°到3°，而后再用酒精或丙酮擦洗。3.在安裝空心包體I應(yīng)力計(jì)之前要做好準(zhǔn)備工作，包括粘結(jié)劑的配制，鉆孔深度的計(jì)算，安裝深度的控制等 。準(zhǔn)備工作就緒后，用粘結(jié)劑注入應(yīng)力計(jì)的內(nèi)腔內(nèi)，固定好柱塞，用帶有定向器的安裝桿將空心包體應(yīng)變計(jì)送入小孔中預(yù)定位置，推斷固定銷，將粘結(jié)劑從應(yīng)力計(jì)內(nèi)腔擠出進(jìn)入應(yīng)力計(jì)與小孔之間的間隔中，使之充滿應(yīng)力計(jì)與孔壁間的間隙，使之完全固化，然后記下應(yīng)力計(jì)的偏角以及鉆孔的方位和傾角。4.用金剛石巖芯筒把內(nèi)部粘結(jié)著空心包體應(yīng)力計(jì)的圓柱狀巖芯取出，從而使小孔周圍巖芯實(shí)現(xiàn)應(yīng)力解除。在解除之前，將空心包體I應(yīng)力計(jì)接上電阻應(yīng)變計(jì)，然后注水，這時(shí)應(yīng)力計(jì)讀數(shù)會(huì)有所變化，待讀數(shù)穩(wěn)定后對(duì)電阻應(yīng)變計(jì)進(jìn)行調(diào)零，再開(kāi)始進(jìn)尺。在套芯過(guò)程中進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每隔3cm進(jìn)行一次儀器讀數(shù)，待讀數(shù)不隨進(jìn)尺變化時(shí)(大約為鉆頭超過(guò)應(yīng)力計(jì)中心45°角)停止套芯。套芯結(jié)束后，取出帶有應(yīng)力計(jì)的巖芯。取芯過(guò)程中，巖體的三維膨脹變形則由空心包體應(yīng)力計(jì)測(cè)量出來(lái)，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)彈模率定確定其彈性模量，由線性虎克定律即可計(jì)算出應(yīng)力解除前巖體中應(yīng)力的大小和方向。5.在第一次地應(yīng)力測(cè)量的基礎(chǔ)之上，原孔位向深部延伸繼續(xù)套鉆取芯，按標(biāo)準(zhǔn)要求連續(xù)3次進(jìn)行地應(yīng)力測(cè)量，3次應(yīng)力解除深度間隔為2 3米，并對(duì)3次地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比對(duì)分析，以既定標(biāo)準(zhǔn)確定原巖應(yīng)力分布區(qū)。6.通過(guò)多次地應(yīng)力測(cè)試巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的巖石力學(xué)參數(shù)進(jìn)行相互比對(duì)，分析圍巖內(nèi)部巖性變化規(guī)律。
權(quán)利要求
1.一種原孔位多次應(yīng)力解除法的地應(yīng)力測(cè)試方法，其特征在于: a.首先，選取巖性完好適于地應(yīng)力測(cè)試的地點(diǎn)，在選取的地應(yīng)力測(cè)試地點(diǎn)鉆取直徑為127mm的導(dǎo)孔，磨平孔底，再鉆取直徑37mm的小孔后在小孔中安裝空心包體(I)實(shí)施應(yīng)力解除進(jìn)行第一次地應(yīng)力測(cè)量；小孔深度300-500mm ； b.其次，在第一次地應(yīng)力測(cè)量的基礎(chǔ)之上，原孔位向深部繼續(xù)套鉆取芯，連續(xù)多次進(jìn)行地應(yīng)力測(cè)量； c.最后，對(duì)多次地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比對(duì)分析，根據(jù)應(yīng)力的變化規(guī)律確定原巖應(yīng)力分布區(qū)，分析原巖應(yīng)力場(chǎng)的分布規(guī)律； 所述的第一次測(cè)量深度為6 10米，多次應(yīng)力解除深度間隔為2 3米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原孔位多次應(yīng)力解除法的地應(yīng)力測(cè)試方法，其特征在于:所述的確定原巖應(yīng)力分布區(qū)的確定是指: Cl)以相鄰兩次應(yīng)力解除地應(yīng)力測(cè)試所得地應(yīng)力值之差的絕對(duì)值介于0.0l倍和0.05倍的單位面積上覆巖層重量之間為基準(zhǔn)，確定此深度區(qū)域開(kāi)始為原巖應(yīng)力分布區(qū)； (2)確定多次應(yīng)力解除測(cè)得原巖應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)為Λ σ +1-Δ σ 'Λ σ i≤5%，其中Aoi =(O1-O i-1) ,Aoi為多次不同深度時(shí)進(jìn)行應(yīng)力解除地應(yīng)力測(cè)試測(cè)得的地應(yīng)力值。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種原孔位多次應(yīng)力解除法的地應(yīng)力測(cè)試方法，屬于地應(yīng)力測(cè)試領(lǐng)域。首先選取巖性完好適于地應(yīng)力測(cè)試的地點(diǎn)，在選取的地應(yīng)力測(cè)試地點(diǎn)鉆取直徑為127mm的導(dǎo)孔，磨平孔底，再鉆取直徑37mm的小孔、小孔深度300-500mm；后在小孔中安裝空心包體實(shí)施應(yīng)力解除進(jìn)行第一次地應(yīng)力測(cè)量。其次，在第一次地應(yīng)力測(cè)量的基礎(chǔ)之上，原鉆頭沿原孔位向深部繼續(xù)套鉆取芯，連續(xù)多次進(jìn)行地應(yīng)力測(cè)量，多次應(yīng)力解除深度間隔為2~3米。然后對(duì)多次地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比對(duì)分析，根據(jù)應(yīng)力的變化規(guī)律確定原巖應(yīng)力分布區(qū)，分析原巖應(yīng)力場(chǎng)的分布規(guī)律。優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)反復(fù)多次測(cè)量出同一孔位不同深度的地應(yīng)力值，增強(qiáng)了測(cè)試數(shù)據(jù)的科學(xué)性和真實(shí)性，避免了重新鉆孔，減少了復(fù)雜的施工過(guò)程。
文檔編號(hào)E21B49/00GK103075150SQ201310046338
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月5日
發(fā)明者吳繼忠, 鄭西貴, 余達(dá), 張農(nóng), 楊高干, 花錦波, 張磊, 馮曉巍, 曹栩 申請(qǐng)人:上海大屯能源股份有限公司