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1,,岩石力学与工程,ROCKMECHANICSANDENGINEERING,,地应力测量方法,q,2,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,3,4.2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,4,b.方法分类,5,4.2.2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,6,1）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；,7,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①P0-孔隙水压力或地下水压力②Pb-初始压裂压力③Ps-稳定开裂压力④Ps0-关闭压力⑤Pb0-重张压力,8,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①P0-孔隙水压力或地下水压力②Pb-初始压裂压力③Ps-稳定开裂压力④Ps0-关闭压力⑤Pb0-重张压力,9,各特征压力的物理意义①P0-岩体内孔隙水压力或地下水压力②Pb-注入钻孔内液压将孔壁压裂的初始压裂压力③Ps-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④Ps0-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⑤Pb0-停泵后重新开泵将裂缝压开的压力，称为开启压力,10,,（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,11,2）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,12,钻孔周围岩体内应力Kirsch.G-基尔斯解,13,在孔壁上ra，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,14,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–Pb0T0,4-6,在关闭压力Ps0点上，孔壁已经开裂，则T00,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,15,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。,16,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,17,4.2.3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,18,2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,,19,,4.2.4）空心包体应变计测量地应力,钻孔,,柱塞,,a.探头结构,20,空心包体应变计安装、采集数据示意,,,,21,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目前使用最为广泛是国际岩石力学学会推荐使用的地应力测量方法,22,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,23,1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,24,d.地应力计算原理,25,26,27,28,29,30,31,32,33,结束语,
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