[发明专利]一种现场快速测量地应力的方法

摘要

一种现场快速测量地应力的方法，该方法包括以下步骤：步骤1：钻取孔洞，根据波速对各孔洞进行分类；步骤2：配制膨胀水泥浆；步骤3：将压力传感器放入步骤1钻取的各个孔洞内并进行固定；步骤4：获取围岩在无地应力影响下的岩体抗拉强度σk；步骤5：获取围岩在有地应力影响下的岩体临界破碎压力；步骤6：获取垂直于裂缝面的最小水平主应力σ2；步骤7：完成地应力的现场快速测量。本发明所要解决的技术问题是提供一种现场快速测量地应力的方法，可以解决在野外施工现场无油压，无电压状态下无法测量地应力的问题，实现在施工现场快速地确定地应力大小和方向，提高了试验效率，节约了试验成本。

主权项

1.一种现场快速测量地应力的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤1：在围岩高处垂直于坡面的区域，任意钻取多个直径为d和深度为h的孔洞，根据波速对各孔洞进行分类，选择n个岩性相同并且内壁完整无缝隙的孔洞做为高处试验孔洞并进行编号A1、A2、A3…An，n≥5；在围岩低处垂直于坡面的区域，任意钻取多个直径为d和深度为h的孔洞，根据波速对各孔洞进行分类，选择n个岩性相同并且内壁完整无缝隙的孔洞做为低处试验孔洞并进行编号B1、B2、B3…Bn，n≥5；步骤2：根据孔洞的岩性在无地应力影响条件下的抗拉强度初步确定膨胀水泥浆中膨胀剂的添加范围，配制第1、2、3…N组不同膨胀剂含量的膨胀水泥浆，N＝n≥5；步骤3：将压力传感器(8)放入步骤1选取的各个孔洞内并进行固定；步骤4：向围岩高处试验孔洞A1、A2、A3…An，n≥5中分别注入第1、2、3…N组不同膨胀剂含量的膨胀水泥浆，并用刚性圆盘固定架进行封口固定,封口完毕后立即测量，根据压力传感器(8)对应记录不同编号孔洞压力数据，2～3天后卸掉刚性圆盘固定架，并观察孔内壁是否出现裂纹，并记录下不同编号孔洞的胀裂情况；利用压力传感器(8)得到的数据，绘制不同膨胀剂含量时围岩高处不同编号孔洞中应力‑时间曲线图，找到应力突变点，该应力突变点对应的压力值即表征为围岩在无地应力影响下的岩体抗拉强度σk或者取其岩样，开展多组劈裂试验，获取围岩在无地应力影响下的岩体抗拉强度σk；步骤5：向低处试验孔洞B1、B2、B3…Bn，n≥5中分别注入第1、2、3…N组不同膨胀剂含量的膨胀水泥浆，利用压力传感器测得试验孔洞内环形拉应力q0，再根据弹性力学得到围岩在有地应力影响下的岩体临界破碎压力式中，r‑孔洞半径，R‑地应力到孔洞中心的径向距离，q0‑压力传感器测得试验孔洞内环形拉应力；步骤6：将低处试验孔洞B1、B2、B3…Bn，n≥5上的刚性圆盘固定架拆除，将低处各试验孔洞内的膨胀锚固体敲碎并取出，然后将内窥镜深入低处各试验孔洞中找到裂缝位置，并将压力传感器(8)伸入裂缝内且固定好，向各孔洞再次浇筑第1、2、3…N组不同膨胀剂含量的膨胀水泥浆并安装刚性圆盘固定架封口，根据压力传感器的压力数据得到的膨胀压力随时间的变化曲线，通过曲线上的突变点，得到围岩在有地应力影响下的压力值，此压力值即为垂直于裂缝面的最小水平主应力σ2；步骤7：根据弹性力学及水压致裂法原理分析得出岩体临界破裂压力σm＝3σ2‑σ1+σk，式中，σ2为步骤6得到的垂直于裂缝面的最小水平主应力，σm为步骤5得到的围岩在有地应力影响下的岩体临界破裂压力，σk为步骤4得到的围岩在无地应力影响下的岩体抗拉强度，因此，地应力＝最大主应力σ1＝3σ2+σk‑σm，同时观察裂纹情况，即可确定地应力的方向，即完成地应力的现场快速测量。