[發明專利]一種獲取水壓致裂測地應力的誤差的裝置及試驗方法

有效

• 申請號: 202110455630.8
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113188913B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 劉杰;李運舟;宋瑞;孫榮琪;楊浩宇;石謙;杜卓興;陳子悅;汪巖松;郭建祥;孫濤;黎照;李政
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/04;G01N1/36;G01N1/28
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 焦磊

1.一種獲取水壓致裂測地應力誤差的裝置的試驗方法，所述裝置包括裝置主體(1)和位于裝置主體(1)頂部的頂部蓋板(2)，所述裝置主體(1)內開設有用于放置巖樣(3)的巖樣放置區(6)，巖樣(3)與裝置主體(1)內壁之間開設有用于灌注自膨脹材料的荷載區(5)；所述裝置主體(1)頂部兩側與角鋼滑槽(4)底部固定連接，所述角鋼滑槽(4)頂部與頂部蓋板(2)滑動配合；所述荷載區(5)包括豎向荷載區(7)、側向荷載a區(8)、側向荷載b區(9)、側向荷載c區(10)和側向荷載d區(11)，所述豎向荷載區(7)位于裝置主體(1)底部，所述側向荷載a區(8)、側向荷載b區(9)、側向荷載c區(10)和側向荷載d區(11)分別位于裝置主體(1)四個內側壁；其特征在于：它包括如下步驟：

步驟1)：組裝：將調配好的自膨脹材料c灌注到豎向荷載區(7)內，灌注頂部表面與鋼片(12)平齊，將巖樣(3)放置到巖樣放置區(6)內，巖樣(3)底部與鋼片(12)接觸，將調配好的自膨脹材料a灌注到側向荷載a區(8)和側向荷載c區(10)內，將調配好的自膨脹材料b灌注到側向荷載b區(9)和側向荷載d區(11)內，將花崗巖質封堵塊(15)放置到預鉆孔(13)內之后，將頂部蓋板(2)推入角鋼滑槽(4)內；

步驟2)：監測：組裝完畢后，開始監測壓力傳感器(16)的數據，待監測壓力穩定后，分別記錄豎向荷載區(7)的豎向應力σ_v、側向荷載a區(8)和側向荷載c區(10)的平均側向應力σ₁、側向荷載b區(9)和側向荷載d區(11)的平均側向應力σ₂；

步驟3)：鉆孔：從花崗巖質封堵塊(15)頂部向下鉆孔，直至將巖樣(3)貫穿，并取出殘渣；分別記錄鉆孔后的豎向荷載區(7)的豎向應力σ_v＇、側向荷載a區(8)和側向荷載c區(10)的平均側向應力σ₁＇、側向荷載b區(9)和側向荷載d區(11)的平均側向應力σ₂＇；

步驟4)：水壓致裂法測應力：在鉆好的孔洞中進行一維水壓致裂試驗，測取水平向最大主應力σ_Hmax和水平向最小主應力σ_Hmin；假設三種自膨脹材料中的氧化鈣含量從高到低依次排序為：自膨脹材料a＞自膨脹材料c＞自膨脹材料b，即水平向最大主應力σ_Hmax方向與自膨脹材料a產生的平均側向應力σ₁方向一致，水平向最小主應力σ_Hmin方向與自膨脹材料b產生的平均側向應力σ₂方向一致；

步驟5)：獲取誤差：根據步驟2)至步驟4)獲取的應力，水壓致裂法測地應力的誤差表達式為：

式中Δ_i為測量總誤差，Δ_i鉆為鉆孔誤差，σ_i為鉆孔前的初始平均側向應力，σ_i＇為鉆孔后的平均側向應力，σ_v為鉆孔前的初始豎向應力，σ_v＇為鉆孔后的豎向應力，δ為豎向影響系數，Δ_i裂為起裂誤差。

2.根據權利要求1所述的一種獲取水壓致裂測地應力誤差的裝置的試驗方法，其特征在于：所述巖樣放置區(6)處于荷載區(5)中部，所述巖樣放置區(6)與豎向荷載區(7)之間布置有用于擱置巖樣(3)的鋼片(12)。

3.根據權利要求1所述的一種獲取水壓致裂測地應力誤差的裝置的試驗方法，其特征在于：所述自膨脹材料包括氧化鈣、生石膏、細砂、高鋁水泥和水。

4.根據權利要求3所述的一種獲取水壓致裂測地應力誤差的裝置的試驗方法，其特征在于：所述自膨脹材料根據內部氧化鈣含量的不同分為自膨脹材料a、自膨脹材料b、自膨脹材料c；所述豎向荷載區(7)內灌注自膨脹材料c；所述側向荷載a區(8)和側向荷載c區(10)內灌注自膨脹材料a；所述側向荷載b區(9)和側向荷載d區(11)內灌注自膨脹材料b。

5.根據權利要求1所述的一種獲取水壓致裂測地應力誤差的裝置的試驗方法，其特征在于：所述頂部蓋板(2)頂面開設有預鉆孔(13)和穿線孔(14)。