[发明专利]压性或压扭性结构面法向应力快速测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种结构面法向应力快速测定方法，特别是一种压性或压扭性结构面法向应力快速测定方法，主要适用于水利水电工程领域。

背景技术

目前国内外的抽水蓄能电站和长引水电站都可能遭遇到高压内水压力劈裂构造结构面的情况，进而导致大量的渗漏，危害工程运行期的安全。对于内水压力极高的水工隧洞，这类问题特别需要关注，尤其是当隧洞沿线存在优势展布的结构面时，确定典型结构的法向应力成为水工隧洞设计中需要明确的边界条件，这也是确定钢衬或混凝土衬砌范围的主要依据。

目前在完整岩体中的水压致裂地应力测量方法比较成熟，即在岩体中钻孔，并通过岩芯或声波测试资料选择完整段进行测试。通过两个分隔器封闭一段完整钻孔形成测试段，然后对测试段进行压水试验，直至封隔段的围岩被胀开裂纹，并使多次压水循环使得裂纹充分扩展，记录多个循环中的压力—时间曲线；通过印模采集测试被胀开的裂纹。结合印模结果和压力—时间曲线可以求得测试断面上的最小主应力和最大主应力。

然而目前还没有专门针对结构面法向压力的测试方法，即上述水压致裂的地应力测试方法不适用于封隔段含有原生裂隙的情况。本发明在传统水压致裂地应力测量技术的基础上，发展出测量光滑、闭合结构面法向应力的测量方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题提供一种操作简便的压性或压扭性结构面法向应力快速测定方法，能够直接获得光滑、闭合结构面的法向应力，不受岩体结构面力学参数的影响。

本发明所采用的技术方案是：压性或压扭性结构面法向应力快速测定方法，其特征在于步骤如下：

A、根据所需测定结构面的产状确定钻孔方向进行钻孔，保证钻孔穿过所需测定结构面，同时确保结构面与钻孔轴线方向的夹角为15-60度；

B、采用两个封隔器封闭包含结构面的局部钻孔形成测试段，保证该测试段的长度为0.5-0.8m，同时确保结构面在钻孔内所揭露的部分距离封隔器的距离不小于0.15m；

C、先后对测试段进行三次注水加压循环试验，获得测试段压力-时间曲线；每个循环试验累计时间不小于5分钟，包含注水加压、关闭压力阀和恢复初始压力三个阶段；试验过程中记录两个封隔器的压力数据，并确保后面两次试验中封隔器的压力比第一次试验时的最大压力大2MPa以上；

D、对测试段进行印模，获得结构面在孔壁的展布特征；若结构面附近没有羽状裂隙且孔壁完整岩体段未出现新裂纹，则转至步骤E；否则，转至步骤A；

E、根据步骤C得到的压力-时间曲线，用作图的方式获得关闭压力阀门后压力曲线的拐点；若第二次和第三次试验中该拐点的值差别在15%以内，则取二者平均值作为结构面的法向应力；否则取第二次试验的拐点值作为结构面的法向应力。

步骤C中，三次注水加压循环试验步骤如下：

C1、向测试段内注水加压，当压力曲线出现拐点时，关闭加压系统的压力阀，该过程控制在1-2分钟；同时记录测试段的压力衰减过程，该阶段持续至少3分钟；然后打开注水阀门恢复测试段的水压力为初始值，即完成第一次循环试验；

C2、前一循环试验结束2分钟后，再次向测试段内注水加压，当压力曲线出现拐点时，关闭加压系统的压力阀，该过程控制在1-2分钟；同时记录测试段的压力衰减过程，该阶段持续至少3分钟；然后打开注水阀门恢复测试段的水压力为初始值，即完成第二次循环试验；

C3、重复步骤C2完成第三次循环试验。

步骤A中，采用直径76mm的钻头进行钻孔。

本发明的有益效果是：本发明通过在测试段进行三次注水加压循环试验，获得测试段压力-时间曲线，并对该曲线进行解译，从而直接得到光滑、闭合结构面的法向应力，测量结果不受岩体结构面力学参数的影响。

附图说明

图1是本发明的结构图。

图2是本发明中测试段的压力-时间曲线图。

图3是图2中用作图方式获得关闭压力阀门后压力曲线拐点示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例利用结构面在压水试验中的劈裂特征，通过解译压力-时间（p-t）曲线获得结构面的法向压力，即通过水压力胀开结构面，记录结构面打开和关闭过程中的压力变化，并通过解译压力变化曲线获得结构面法向应力的数值，其步骤如下：

A、对测试区域进行详细的地质素描工作，估计需要测试的结构面1倾角和延伸条件。