專利名稱：一種極高應(yīng)力條件下巖體地應(yīng)力的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種巖體地應(yīng)力的測(cè)量方法，更具體涉及一種極高地應(yīng)力條件下巖體地應(yīng)力的測(cè)量方法，它適用于深部或極高地應(yīng)力地下工程中采用應(yīng)力解除設(shè)備測(cè)量巖體地應(yīng)力。
背景技術(shù)：
目前，我國(guó)西部水電開(kāi)發(fā)、南水北調(diào)工程、石油/天然氣開(kāi)采、戰(zhàn)略能源儲(chǔ)存、放射性廢料與ω2的地下封存、地下軍工掩體工程等，都涉及深部巖體的極高地應(yīng)力問(wèn)題(據(jù)我國(guó)《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》，當(dāng)巖石的飽和單軸抗壓強(qiáng)度與巖體地應(yīng)力值小于4時(shí)即為極高地應(yīng)力)，如位于四川的錦屏二級(jí)水電站引水隧洞2500m埋深處最大初始地應(yīng)力約60 70MPa ；正在開(kāi)采的金川鎳礦深部采場(chǎng)地應(yīng)力達(dá)50MPa ；擬建的南水北調(diào)西線工程中埋深約 1700m的巴彥格拉山隧洞最大初始地應(yīng)力估計(jì)達(dá)到50MPa。這種深部地下工程巖體中極高地應(yīng)力導(dǎo)致的工程災(zāi)害也是十分突出的，如二灘水電站地下廠房修建過(guò)程中就因高地應(yīng)力卸荷導(dǎo)致多根巖體錨索突然斷裂；錦屏二級(jí)水電站排水隧洞因極高地應(yīng)力誘發(fā)強(qiáng)烈?guī)r爆不僅導(dǎo)致了多次機(jī)械設(shè)備的損毀，還致使價(jià)值過(guò)億的TBM掘進(jìn)機(jī)被掩埋。為避免和減小極高地應(yīng)力下巖體破壞災(zāi)害，準(zhǔn)確地獲得深部工程巖體極高初始地應(yīng)力的數(shù)值是這些地下工程安全設(shè)計(jì)中最基礎(chǔ)和最重要的工作。然而，目前國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)建議的兩種巖體地應(yīng)力測(cè)量設(shè)備都無(wú)法進(jìn)行極高地應(yīng)力條件下的巖體地應(yīng)力測(cè)量。這是因?yàn)?1)方法之一的應(yīng)力解除設(shè)備在解除應(yīng)力作業(yè)時(shí)，其極高的地應(yīng)力導(dǎo)致其解除的空心巖筒環(huán)狀開(kāi)裂或龜裂破壞，因而應(yīng)力測(cè)量設(shè)備的傳感器無(wú)法準(zhǔn)確地量測(cè)到空心巖筒在應(yīng)力卸載過(guò)程中的徑向變形，從而無(wú)法有效地獲得巖體的地應(yīng)力。(2)方法之二的水壓致裂設(shè)備在巖體地應(yīng)力測(cè)量時(shí)，由于鉆孔測(cè)量段密封堵頭在高壓力下防滲困難，無(wú)法在鉆孔內(nèi)形成大于巖體的初始最小主應(yīng)力的穩(wěn)定鉆孔水壓(數(shù)百個(gè)大氣壓)，從而因無(wú)法劈裂孔壁巖體或因堵頭滲水嚴(yán)重導(dǎo)致不能有效地測(cè)量巖體地應(yīng)力。此外，其它一些探索性的地應(yīng)力測(cè)量設(shè)備或方法，如孔壁破裂特征分析法、巖芯餅化反分析法、變形恢復(fù)設(shè)備與方法等，僅能對(duì)巖體的地應(yīng)力量級(jí)進(jìn)行大體估計(jì)，無(wú)法確切地測(cè)量到巖體的真實(shí)應(yīng)力值，從而未能被廣大研究者和工程師采納?？梢?jiàn)，借助現(xiàn)有成熟的巖體應(yīng)力測(cè)量設(shè)備，開(kāi)發(fā)出一種可實(shí)現(xiàn)極高巖體條件下工程巖體地應(yīng)力的測(cè)量方法，具有顯著的現(xiàn)實(shí)意義和工程需求。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述存在問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種在極高應(yīng)力條件下巖體地應(yīng)力測(cè)量方法，旨在克服當(dāng)前應(yīng)力解除設(shè)備不能應(yīng)用于極高應(yīng)力條件的局限性，確保應(yīng)力解除設(shè)備可以在極高應(yīng)力條件下準(zhǔn)確地量測(cè)巖體地應(yīng)力。為了上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種極高應(yīng)力條件下巖體地應(yīng)力的測(cè)量方法，所述測(cè)量方法的具體步驟包括，A在已經(jīng)開(kāi)挖用于巖體地應(yīng)力測(cè)量的工作隧洞內(nèi)選取測(cè)量區(qū)域，所選取的測(cè)量區(qū)域邊界線為圓形，測(cè)量區(qū)域邊界線的直徑D1為1. 0 1. 5m ；B在測(cè)量區(qū)域的中心位置垂直測(cè)量區(qū)域表面鉆設(shè)測(cè)量小孔，在測(cè)量小孔內(nèi)放置巖體地應(yīng)力測(cè)量的變形傳感器并通過(guò)數(shù)據(jù)線與變形記錄儀連接，沿測(cè)量區(qū)域邊界線鉆設(shè)一組垂直測(cè)量區(qū)域表面的周邊應(yīng)力釋放孔，周邊應(yīng)力釋放孔的孔徑D2為50 130mm，周邊應(yīng)力釋放孔的長(zhǎng)度比測(cè)量小孔的長(zhǎng)度長(zhǎng)1.0 1.5m，周邊應(yīng)力釋放孔的數(shù)量N按公式(a)計(jì)算，
權(quán)利要求
1.一種極高應(yīng)力條件下巖體地應(yīng)力的測(cè)量方法，其特征在于所述測(cè)量方法的具體步驟包括，A在已經(jīng)開(kāi)挖用于巖體地應(yīng)力測(cè)量的工作隧洞內(nèi)選取測(cè)量區(qū)域，所選取的測(cè)量區(qū)域邊界線為圓形，測(cè)量區(qū)域邊界線(1)的直徑D1Sl-O 1.5m，B在測(cè)量區(qū)域的中心位置垂直測(cè)量區(qū)域表面鉆設(shè)測(cè)量小孔(5)，在測(cè)量小孔( 內(nèi)放置巖體地應(yīng)力測(cè)量的變形傳感器(6)并通過(guò)數(shù)據(jù)線(8)與變形記錄儀(7)連接，沿測(cè)量區(qū)域邊界線(1)鉆設(shè)一組垂直測(cè)量區(qū)域表面的周邊應(yīng)力釋放孔O)，周邊應(yīng)力釋放孔( 的孔徑D2為50 130mm，周邊應(yīng)力釋放孔O)的長(zhǎng)度比測(cè)量小孔(5)的長(zhǎng)度長(zhǎng)1. 0 1. 5m，周邊應(yīng)力釋放孔O)的數(shù)量N按公式(a)計(jì)算， 3 14-D
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種極高應(yīng)力條件下巖體地應(yīng)力的測(cè)量方法，其特征在于 所述周邊應(yīng)力釋放孔( 等間距分布在測(cè)量區(qū)域邊界線(1)上且周邊應(yīng)力釋放孔( 的軸線相互平行，并且周邊應(yīng)力釋放孔⑵的軸線與測(cè)量小孔(5)的軸線平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種極高應(yīng)力條件下巖體地應(yīng)力的測(cè)量方法，其特征在于 所述周邊應(yīng)力釋放孔( 鉆設(shè)順序是按測(cè)量區(qū)域中心點(diǎn)對(duì)稱均勻進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種巖體地應(yīng)力的測(cè)量方法，更具體涉及一種極高地應(yīng)力條件下巖體地應(yīng)力的測(cè)量方法，測(cè)量方法采用對(duì)巖體地應(yīng)力的二次釋放實(shí)現(xiàn)，即在工作隧洞內(nèi)選取圓形測(cè)量區(qū)域，通過(guò)在測(cè)量區(qū)域邊界鉆設(shè)一組周邊應(yīng)力釋放孔實(shí)現(xiàn)巖體地應(yīng)力的第一次釋放，然后再在測(cè)量區(qū)域中心鉆設(shè)中心應(yīng)力釋放孔實(shí)現(xiàn)巖體地應(yīng)力的第二次釋放，最后將兩次應(yīng)力釋放過(guò)程中傳感器測(cè)量獲得的測(cè)量小孔的變形相加并代入彈性力學(xué)的相關(guān)公式，可計(jì)算出垂直中心應(yīng)力釋放孔軸線平面上的地應(yīng)力值。該方法改變了現(xiàn)有應(yīng)力解除設(shè)備無(wú)法進(jìn)行極高地應(yīng)力條件下巖體地應(yīng)力量測(cè)的局限，用于深部或極高地應(yīng)力地下工程中采用應(yīng)力解除設(shè)備測(cè)量巖體地應(yīng)力。
文檔編號(hào)G01L1/04GK102426069SQ20111025123
公開(kāi)日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者馮夏庭, 劉繼光, 江權(quán), 陳靜 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所