[发明专利]一种孔内岩芯空间方向定位装置及套孔应力解除法验证法

说明书

本发明公开了一种孔内岩芯空间方向定位装置，包括厚壁铜筒11后端装有高压风管接口5，所述高压风管接口5连接有高压风管9，厚壁铜筒11中设置标记液盛放盒6，所述标记液盛放盒6后端与高压风管接口5相连，所述标记液盛放盒6前端接有标记液输送管16，所述标记液输送管16末端装有标记液喷头17，所述标记液喷头17喷出“丰”字形防水定向标记，厚壁铜筒11后端还装有水平定向装置4。还公开了一种套孔应力解除法准确度的验证方法，该方法中采用波速分析法、差应变分析法和AE法测量的地应力测试结果与采用应力解除法测量的结果进行对比分析，若能从多个方面得到印证其一致性，则说明应力解除法测试结果的准确度得到验证。

技术领域

本发明属于地下岩体工程地应力测试技术领域，尤其涉及一种孔内岩芯空间方向定位装置以及一种套孔应力解除法准确度的验证方法。

背景技术

地应力(也称原岩应力)是地壳中岩体所具有的天然内在应力，它是引起各种地下岩土工程失稳破坏的根本作用力，准确掌握其分布规律是实现地下岩体工程决策、设计与施工科学化的必要前提。岩体中存在着的这种天然地应力只能通过实测的方式来获取。

套孔应力解除法是目前学界公认的技术最成熟、应用最为广泛的一种地应力测试技术，它利用一个钻孔就可实现地下岩体的三维地应力状态测量，三维地应力的状态测量包括三个主应力的大小和方向。该法的理论基础是弹性力学，它假设岩体介质为线弹性体，在岩体完整性好，应力又非超高时，准确度和可靠性较好。但在实际工程中，地下岩体介质往往具有较复杂的地质结构，如岩性、各向异性、节理裂隙、高应力下的塑性等，同时该法还易受温度、地下水等环境变化影响结果的准确性，具体表现在即使在同一钻孔的相邻测段，最终的解除应变也可能有较大的差别。又因为该法使用的三轴应力计探头通常成本较高，测试的工艺环节也较复杂，采用多次测量取均值的方法从经济性和测试效率角度考虑均不可取。

目前，常用的3种地应力测试验证手段分别是波速法、差应变法和声发射法。

1)波速法是通过对圆柱体岩芯柱水平方向上不同方向的波速测量得到地应力的最大水平主应力和最小水平主应力方向的一种方法。所依靠的基本原理为岩芯在所受到的应力解除后沿着各个方向的应变恢复不一，从而在各个方向上波速相异，应力大小与波速大小相反。由于钻孔方位不一，因此岩芯的空间方向定位是准确测量的重点。

2)差应变法(DSA法)是对整个岩芯加压进行不同方向的差应变分析，得到最大及最小主应力的方向，并利用在取出的岩样上粘贴应变片测量不同方向上的压力-应变曲线，通过张量分析计算，得到主应变的比值关系从而确定地应力的大小的方法。传统的差应变法需要三个彼此正交的平面且要把平行于岩芯轴向的侧面加工成相互垂直的平面，每个平面至少贴三个应变片。而合理布置应变片的位置是准确测量的重点，这一步骤操作难度大。

3)声发射法(AE法)是利用岩石本身具有的Kaiser效应在实验室内进行地应力测量的一种方法。与测量地应力较为常用的应力解除法和水压致裂法相比，AE法不需要庞大的现场设备，只要将钻取的岩心样品运到实验室内测试声发射信号即可，传统的声发射法测量的准确性重点在于岩芯定向的准确性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种孔内岩芯空间方向定位装置以及一种套孔应力解除法准确度的验证方法，通过该装置可以准确获取到岩芯的空间方位，为波速法、差应变法、声发射法提供了准确空间方位的岩芯。

本发明采用以下技术方案：

一种孔内岩芯空间方向定位装置，其特征在于，厚壁铜筒11后端装有高压风管接口5，所述高压风管接口5连接有高压风管9，厚壁铜筒11中设置标记液盛放盒6，所述标记液盛放盒6后端与高压风管接口5相连，所述标记液盛放盒6前端接有标记液输送管16，所述标记液输送管16末端装有标记液喷头17，所述标记液喷头17喷出“丰”字形防水定向标记，厚壁铜筒11后端还装有水平定向装置4。