[發明專利]一種斷層破碎帶軟巖地應力估算方法

有效

• 申請號: 202010439581.4
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111794732B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 陳衛忠;李喆;田洪銘;張廣澤;王棟;楊建平;田云
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: E21B47/06
• 分類號: E21B47/06;E21B49/00;G06Q50/02
• 代理公司: 北京眾達德權知識產權代理有限公司 11570
• 代理人: 張曉冬

本發明涉及一種斷層破碎帶軟巖地應力估算方法，包括：獲得硬巖地區的三個主應力的地應力測試結果，以確定硬巖地區的原始坐標系的應力矩陣；將硬巖地區的原始坐標系的應力矩陣轉換成硬巖地區的大地坐標系的應力矩陣；將硬巖地區的大地坐標系的應力矩陣轉換成硬巖地區的斷層坐標系的應力矩陣；將硬巖地區的斷層坐標系的應力矩陣轉換成軟巖地區的斷層坐標系的應力矩陣；將軟巖地區的斷層坐標系的應力矩陣轉換成軟巖地區的大地坐標系的應力矩陣；將軟巖地區的大地坐標系的應力矩陣轉換成軟巖地區的隧道坐標系的應力矩陣。該應力估算方法基于完整巖體地應力測試結果進行斷層破碎帶軟巖地應力的估算，使大變形預測結果能良好符合實測結果。

技術領域

本發明涉及土木工程技術領域，特別涉及一種斷層破碎帶軟巖地應力估算方法。

背景技術

深埋長大隧道斷層破碎帶軟巖容易產生大變形災害，地應力是大變形災害分級和預測的重要參數，其合理取值至關重要。目前常用的地應力測試方法包括水壓致裂法和應力解除法，上述兩種方法的地應力測試均要求巖石相對完整，尤其是應力解除法還需要鉆孔取芯對巖體完整性的要求更高。

因此現有的地應力測試多在完整巖體中開展，其地應力測試結果難以反映斷層破碎帶軟巖的真實地應力狀況，導致大變形預測結果與實測結果間存在較大差異，需要提出一種基于完整巖體地應力測試結果，估算斷層破碎帶軟巖地應力的方法。

發明內容

本申請提供了一種斷層破碎帶軟巖地應力估算方法，解決了現有深埋長大隧道的地應力測試多在完整巖體中開展，其地應力測試結果難以反映斷層破碎帶軟巖的真實地應力狀況，導致大變形預測結果與實測結果間存在較大差異的技術問題，實現了基于完整巖體地應力測試結果，估算斷層破碎帶軟巖地應力的技術效果。

本申請所提供的一種斷層破碎帶軟巖地應力估算方法，包括：

步驟1：獲得硬巖地區的三個主應力的地應力測試結果，所述三個主應力包括：水平大主應力、水平小主應力及豎直應力；以水平大主應力方向為X軸，水平小主應力方向為Y軸，豎直應力方向為Z軸建立原始坐標系，以確定所述硬巖地區的原始坐標系的應力矩陣；

步驟2：根據轉換矩陣公式確定坐標轉換的第一轉換矩陣，并根據所述第一轉換矩陣及應力分量轉換公式，將所述硬巖地區的原始坐標系的應力矩陣轉換成所述硬巖地區的大地坐標系的應力矩陣；

步驟3：根據轉換矩陣公式確定坐標轉換的第二轉換矩陣，并根據所述第二轉換矩陣及所述應力分量轉換公式，將所述硬巖地區的大地坐標系的應力矩陣轉換成所述硬巖地區的斷層坐標系的應力矩陣；再根據廣義胡克定律，將所述硬巖地區的斷層坐標系的應力矩陣轉換成軟巖地區的斷層坐標系的應力矩陣；

步驟4：通過第三轉換矩陣運用所述應力分量轉換公式的反運算，所述第三轉換矩陣為所述第二轉換矩陣的轉置矩陣，將所述軟巖地區的斷層坐標系的應力矩陣轉換成軟巖地區的大地坐標系的應力矩陣；

步驟5：通過第四轉換矩陣運用所述應力分量轉換公式的反運算，所述第四轉換矩陣為所述第一轉換矩陣的轉置矩陣，將所述軟巖地區的大地坐標系的應力矩陣轉換成軟巖地區的隧道坐標系的應力矩陣。

作為優選，還包括步驟6：

根據所述第四轉換矩陣及所述應力分量轉換公式，將所述硬巖地區的大地坐標系的應力矩陣轉換成所述硬巖地區的隧道坐標系的應力矩陣。

作為優選，所述斷層破碎帶軟巖地應力估算方法具有假定前提條件，所述假定前提條件為：

平行于xoy面的巖層的水平方向的尺寸比豎直方向的尺寸大；

巖層各向同性；

材料滿足彈性假設。

作為優選，對于同一點在不同坐標系下的所述應力分量轉換公式的矩陣表達式為為：