技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于原巖地應(yīng)力測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種對高地應(yīng)力地區(qū)地應(yīng)力的測量方法。

背景技術(shù)

目前，越來越多的地下工程向深部發(fā)展，高地應(yīng)力下巖芯餅化現(xiàn)象時(shí)地應(yīng)力的測量是一個(gè)尚未解決的難題。在高地應(yīng)力條件下，工程設(shè)計(jì)和建設(shè)更加需要準(zhǔn)確快速測量工程區(qū)的原巖三維地應(yīng)力，而當(dāng)鉆孔過程中出現(xiàn)巖芯餅化現(xiàn)象時(shí)，傳統(tǒng)的地應(yīng)力測量方法(主要是應(yīng)力解除法)難以實(shí)施。《水利水電工程巖石試驗(yàn)規(guī)程SL264-2001》(中國水利電力出版社，2001)8.1.1、8.2.1、8.3.1明確提出“應(yīng)力解除法適用于完整和較完整巖體，其測段內(nèi)及測段附近巖性應(yīng)均一完整”。《巖石工程試驗(yàn)監(jiān)測手冊》(中國建筑工業(yè)出版社，2005)3.9.2.2、3.9.3.2、3.9.4.2直接指出“應(yīng)力解除法在破碎巖體、薄層或出現(xiàn)餅狀巖芯處不宜采用”。同時(shí)，傳統(tǒng)測量方法，不論是應(yīng)力解除法，還是水壓致裂法，都需要來回的下鉆、穿線等繁瑣測量工序和笨重的測量設(shè)備，有的方法需要多個(gè)不同方向的鉆孔；其結(jié)果更依賴于傳感器、解調(diào)儀等大量電子儀器，在地下工程惡劣的測量環(huán)境下儀器誤差和可靠性都較難控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：提供一種簡便、實(shí)用、科學(xué)、可靠的地應(yīng)力測量方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種高地應(yīng)力地區(qū)存在巖芯餅化現(xiàn)象時(shí)測量地應(yīng)力的方法，包括以下步驟：?

a、原巖巖餅取樣

取2倍洞徑以外典型的原巖巖餅至少3塊，要求各巖餅的孔深相差在1m以內(nèi)，巖餅形態(tài)類似，記錄每個(gè)巖餅發(fā)生處的埋深和孔深；

b、確定每個(gè)巖餅三個(gè)主應(yīng)力的方向

b1、設(shè)：巖石在力學(xué)上是均勻且各向同性的；巖餅表面和巖芯根部的平均贗軸拉應(yīng)力σ_sz方向近似垂直，其方位角和最小主應(yīng)力σ₃一致；

b2、建立X-Y-Z坐標(biāo)系：鉆孔鉆進(jìn)方向?yàn)閆軸，最大主應(yīng)力σ₁在Z軸法平面上的投影為X軸，由右手準(zhǔn)則確定Y軸；地磁北極到Y(jié)軸的夾角為θ₀，三維地應(yīng)力在三個(gè)坐標(biāo)軸上的分量分別為σ_x、σ_y、σ_z；

b3、建立巖餅外沿高度曲線z和σ₁、σ₂、σ₃三個(gè)主應(yīng)力方向的數(shù)學(xué)模型設(shè)σ₂為中間主應(yīng)力；

b3.1當(dāng)σ₃＝σ_z和σ₁＞σ₂時(shí)，巖餅外沿的高度曲線z由下式給出：

z＝A_mcos²(θ-θ₀)(1)

其中Am是巖餅外沿高度變化的幅度；θ是巖餅外沿上點(diǎn)在X-Y平面投影的角度，以正北方向?yàn)?°，以逆時(shí)針為正；此時(shí)σ₃的方向和鉆孔軸向即Z軸一致，凹、凸面軸分別與σ₁即X軸、σ₂即Y軸的方向一致，即θ₀＝θ₂；θ₂為σ₂的方位角；

b3.2當(dāng)σ₃≠σ_z和σ₁＞σ₂時(shí)，巖餅形態(tài)的對稱性被破壞；為描述巖餅外沿的高度，將b2步驟中建立的X-Y-Z坐標(biāo)繞X軸旋轉(zhuǎn)α角到X′-Y′-Z′坐標(biāo)，再繞Y′軸旋轉(zhuǎn)β角到X″-Y″-Z″坐標(biāo)，最終坐標(biāo)軸Z″和σ_sz的方向一致；這種條件下巖餅外沿的高度z在X-Y-Z坐標(biāo)系中的表示由下式給出：