[发明专利]一种测量地应力的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量地应力的方法，具体说是一种地质力学结合声发射信号Db4小波分析技术测量地应力的方法

背景技术

岩石声发射凯塞效应测量地应力与传统的应力解除法、水力压裂法相比，具有简单、直观、经济的优点，便于大量测试，以寻求区域性地应力变化规律。因此，该法是一种很有前途的地应力测量方法。但是凯塞效应测量地应力还存在许多的问题，尚待进行深入的研究，其中与生产实际联系最为密切也是最关键的是地应力的方向如何确定的问题。以往人们使用凯塞效应测量原岩应力需要180度的范围内进行全方位测试(一般每隔5度取样)，因此试样数量多，测试工作量大，费用高；同时，由于多周期构造运动的作用，使岩体的构造发生了变化，也使区域内的构造应力或原岩应力的大小、方向发生了量和质的变化。而以往所进行的凯塞效应测定原岩应力均在水平或垂直方向取样，故可能所取得试样中无一是真正处在主应力方向上的，由此测试所得的结果也应是地应力场的一个分量，与真正的原岩应力值就会有一定的差别，甚至相去甚远。正是这些原因，大大影响了凯塞效应测量原岩应力这种方法在实际中的运用，不能充分发挥其简单、经济、便于多点测量以寻求区域地应力变化规律的优点。

发明内容

本发明要解决的就是上述凯塞效应测量地应力方法所存在的问题，提供一种简单、直观、经济和高效的测量地应力的方法。

本发明包括如下步骤：

1)对岩体工程进行工程地质调查，确定节理、断层的产状，根据地质力学判断次序的方法判断节理、裂隙的先后次序，然后将最近的同序次节理和裂隙绘于赤平投影图上；

2)将岩层层面以其走向线为旋转轴，向倾向方向旋转至水平位置，旋转角等于层面的倾角，同时节理和裂隙绕层面走向线旋转到水平状态，找出共轭X形节理，再将共轭X形节理和层面从水平状态旋转到原来状态，再在赤平投影图上确定地应力的三个方向，即最大主应力σ₁、中间主应力σ₂和最小主应力σ₃的方向；

3)沿地应力的三个方向钻孔取样，岩样取自6米以外的原岩应力区，每个方向取5-7个样；

4)在室内做岩样的声发射实验，对岩石的声发射信号进行Db4小波分析，从而确定岩石声发射Kaiser点，根据岩石声发射Kaiser点确定地应力的大小。

步骤2)所述地应力方向的具体确定方法如下：

岩体在构造应力作用下，发生两种形式的断裂：张性断裂和剪切断裂。

(1)张性断裂产生于最小主应力σ₃方向，即最大张引方向的垂直面上。也就是说，张性断裂面与σ₁和σ₂的应力轴面的方向一致；因此只要通过工程地质调查确定了张性断裂的产状，即张性断裂的走向、倾向和倾角，那么地应力的三个方向，即最大主应力σ₁、中间主应力σ₂和最小主应力σ₃的方向可以确定。

(2)剪切断裂产生于最大主应力σ₁方向呈(45°-φ/2)角的平面上，(φ是岩体的内摩擦角，大致是30度，可以通过室内三轴压缩实验确定)，与σ₁和σ₃轴面相互垂直，并且呈共轭发育。其夹角之锐角的等分面为σ₁和σ₂的轴面，其夹角之钝角的等分面为σ₂和σ₃的轴面，它们的组合交线的方向与中间主应力轴σ₂的方向平行。因此只要通过工程地质调查确定了剪切断裂的产状，即剪切断裂的走向、倾向和倾角，那么地应力的三个方向，最大主应力σ₁、中间主应力σ₂和最小主应力σ₃的方向可以确定(如图1所示)。

步骤3)-4)所述地应力大小的具体确定方法如下：

利用钻机自6m以外的原岩应力区钻取岩样，岩芯样直径φ52～55mm，每个方向上取7个(长度100mm)；岩芯加工成φ52～55mm×100mm的圆柱形试件，侧面磨平一块面积约为15mm×100mm的平面以放置探头。为了消除岩石试件端部由于应力集中及端面摩擦所引进的信号干扰，试件端面垫两层聚氯乙烯和一层2mm厚硬橡胶皮片。

测试设备包括：

1)加载系统——200t压力试验机，BHR-4/15T电阻时荷载传感器。

2)AE测试系统——探头、SQ-1型前置放大器、滤波器、SFS-4B型四通道声发射信息分析仪、XD-2型信号发生器。