地应力测量方法ppt课件.pptx

1,本节主要内容,1 地应力测量概述2 水压致裂法的测量原理与步骤3 应力解除法（空心包体应变计） 的测量原理与步骤,2,4.2 地应力测量方法4.2.1地应力测量概述,a.一点的三维应力状态( ) 来表示,3,b. 方法分类,4,4.2.2 水压致裂法,水压致裂法的假设前提：（1）有2个（ 、 ） 主应力为水平方向， 另1个 为竖直方 向,且（2）线性、均质、各向同性（3）渗透符合达西定律,5,1）水压致裂法步骤（1）钻孔（地质勘探）、 选段（完整）、 封隔（气或液）； 直径：38、51、 76、110、 130；,6,P0,Pb,Ps,Ps0,P0,Pb0,Ps,图 压裂过程泵压变化及特征压力,Pb,Ps,Ps,Ps0,Pb0,P0,（2）加液压将孔壁压裂与重开P0-孔隙水压力或地下水压力Pb-初始压裂压力Ps-稳定开裂压力Ps0-关闭压力Pb0-重张压力,7,各特征压力的物理意义P0-岩体内孔隙水压力或地下水压力Pb-注入钻孔内液压将孔壁压裂的初始压裂压力Ps-液体进入岩体内连续的将岩体劈裂的液压，称为稳定开 裂压力Ps0-关泵后压力表上保持的压力，称为关闭压力。如围岩 渗透性大，该压力将逐渐衰减Pb0-停泵后重新开泵将裂缝压开的压力，称为开启压力,8,（3）卸压、提设备、测定开裂方位； 然后根据测得的压裂过程中泵压表的读 数，计算地应力,9,2）基本理论和计算公式,当孔壁出现垂直裂缝时，设孔周边两个水平地应力分别为 和 ，孔壁还受有水压Pb.如图。,图 孔壁开裂力学模型,a,10,钻孔周围岩体内应力 (Kirsch.G-基尔斯解),11,在孔壁上 r=a，有：,当 时有最大拉应力：,按最大拉应力理论，有,(4-1),(4-2),将(4-1)代入(4-2)得孔壁开裂应力条件,(4-3),即孔壁开裂在与 垂直, 的面上,式中：T0-岩体的抗强度,12,若岩体中有孔隙水压力Pw，（4-3）式变成：,(4-4),由图知水泵重新加压使裂缝重新开裂的压力Pb0，则上式变成：,(4-5),(4-5)和(4-6)两式对比得： Pb Pb0=T0,(4-6),在关闭压力Ps0点上，孔壁已经开裂，则T0=0,稳定开裂压力由Ps下降到Ps0。此时，ps0等于与裂缝垂直的应力，即：,13,求得主应力及岩体抗拉强度3）根据水压致裂法试验结果计算地应力（1）一般来讲 作为地主应力之一。我们可以将 与 作比较，若 ，则可以肯定此时 为最小主应力；进一步将 与 作比较，也就可以以此确定地应力的三个主应力。,14,因为开裂点方位或开裂裂缝方向可以确定 的方位或 的方向，所以三个地主应力的方位也就可以相应确定。（2）如果 ，并且孔壁开裂后孔内岩体出现水平裂缝，则此时 为最小地应力， 与 各为中间主应力及最大地主应力，垂直开裂方向即为最大地应力方向。,4）水压致裂法的特点,设备简单 操作方便 测值直观 适应性强 受到重视和推广,缺陷：主应力方向不准,15,4.2.3 应力解除法,1) 基本原理： 当需要测定岩体中某点的应力状态时，人为的将该处岩体单元和周围的岩体分离，此时，岩体单元上所受的拉力将被解除。同时，该单元体的几何尺寸也将产生弹性恢复。应用一定的仪器，测定弹性恢复的应变值或变形值，并且认为岩体时连续、均质和各向同性的弹性体，于是就可以借助弹性理论的解答计算岩体单元所受的应力状态。,切断联系,解除应力,应变恢复,测试应变,计算应力,流程要点,16,2) 应力解除法分类,按测试应变或变形,孔径变形测试孔壁应变测试,孔底应力解除法孔壁 应力解除法,测1个平面3个方向上的应变,1平面3方向上的径位移,3平面9个方向应变,17,4.2.4）空心包体应变计测量地应力,钻孔,柱塞,a.探头结构,18,空心包体应变计安装、采集数据示意,19,b. 主要特点：,1)测量有操作简便2)测量技术和计算理论比 较成熟3)精度相对较高的地应力4)目前使用最为广泛国际岩石力学学会推荐使用的地应力测量方法,20,21,22,23,24,钻孔的深度必须超过开挖 影响区，才能测到岩体内的原始应力，否则测出的是二次应力。,c.测量要求与步骤,1)测量要求,25,(1)在测试地点打大孔,(2)从大孔底打同心小孔,(3)在小孔中央位置安装测量探头,(4)用薄壁钻头延伸大孔，使小孔周围岩芯实现应力解除,（5）将岩芯与探头一并取回，进行围压率定和温度标定试验。,（6）数据修正和处理，计算地应力值,2) 测量步骤：,26,d.地应力计算原理,27,28,29,30,31,32,33,34,35,结束语,