地应力及其原理 (2).ppt

间接测量法： 不直接测量应力量，而是借助某些传感器元件或某些介质，测量和记录岩体中某些与应力有关的间接物理量的变化，如岩体中的变形或应变、弹性波传播速度变化等， 然后由测得的间接物理量的变化，通过已知的公式计算岩体中的应力值的方法。 第六十二页，共110页 间接测量法： 因此，在间接测量法中，为了计算应力值，首先必须确定岩体的某些物理力学性质以及所测物理量和应力的相互关系。 其中，套孔应力解除法是目前国内外最普遍采用的，且发展较为成熟的一种间接测量地应力的方法。 第六十三页，共110页 6.4.1 直接测量法 1 扁千斤顶法 2 刚性包体应力计法 3 水压致裂法 4 声发射法 第六十四页，共110页 6.4.1 直接测量法( 一、扁千斤顶法) 示意图 步骤： 1)在准备测量地应力的岩石表面，安装两个测量柱并测量两柱之间的距离. 2)在与两柱对称的中间位置向岩体内开挖一个垂直于测量柱连线的扁槽，并测量记录开挖过程过程中两测量柱之间距离的变化. 第六十五页，共110页 6.4.1 直接测量法( 一、扁千斤顶法) 示意图 3)将扁千斤顶放入槽内并加压，测量两柱之间的距离，直到恢复到扁槽开挖前的距离，记录千斤顶压力；这一压力称为“平衡压力”或“补偿应力” 第六十六页，共110页 6.4.1 直接测量法 1）扁千斤顶法 扁千斤顶法又称“压力枕”，由两块薄钢板沿周围焊接而成。在周边处有一个油压入口和一个出气阀。 测量步骤如下： 1、在准备测量应力的岩石表面，如巷道、峒室的表面，安装两个测量柱，并用微米表测量两柱之间的距离。 第六十七页，共110页 2、在与俩测量柱对称的中间位置向岩体内开挖一个垂直于测量柱连线的扁槽，槽的大小、形状和厚度需和扁千斤顶相一致。 由于扁槽的开挖，造成局部应力释放并引起测量柱之间距离的变化，测量并记录这一变化值。 第六十八页，共110页 3、将扁千斤顶完全塞入槽内，必要时需注浆将扁千斤顶和岩石胶结在一起，然后用电动或手动液压泵向其加压。 随着压力的增加，两侧柱之间的距离亦增加，当两测量柱之间的距离恢复到扁槽开挖前的大小时，停止加压，并记录此时扁千斤顶中的压力。 该压力称为“平衡应力”或“补偿应力”，等于扁槽开挖前表面岩体中垂直于扁千斤顶方向且平行于两测柱连线方向的应力。 第六十九页，共110页 评价： 1、扁千斤顶法只是一种一维应力测量法，不能在同一点上测量六个应力分量； 2、扁千斤顶法只能在巷道、峒室或其他开挖体表面附近进行测量，其测量结果受开挖扰动影响较大； 3、扁千斤顶法的测量原理是基于岩石为完全线弹性的假设，对于非线性岩体，其加载和卸载路径的应力应变关系是不同的。 优缺点 第七十页，共110页 2）刚性包体应力计法 刚性包体应力计法是20世纪50年代继扁千斤顶法之后应用较为广泛的一种岩体应力测量方法。 刚性包体应力计的主要组成部分是一个由钢、铜合金或其他硬质金属材料制成的空心圆柱，在其中心部位有一个压力传感器元件。 测量时首先在测点打一钻孔，然后将该圆柱挤压进钻孔中，以使圆柱和钻孔壁紧密接触。 第七十一页，共110页 第七十二页，共110页 钻孔应力计 第七十三页，共110页 第七十四页，共110页 理论分析表明，当周围岩体应力发生变化时，在刚性体中会产生一个均匀分布的应力场，该应力场的大小和岩体中的应力变化之间存在一定的比例关系。 当刚性包体的弹性模量大于岩体弹性模量的5倍时，在岩体中任何方位的应力变化会在包体重相同方向引起1.5倍的应力。因此，只要测量出刚性包体中的应力变化就可以知道岩体中的应力变化。 第七十五页，共110页 评价： 优点：刚性包体应力计具有很高的稳定性，可用于现场的长期监测。 缺点：刚性包体应力计法只能测量垂直于钻孔平面的单向或双向应力变化情况，不能用于测量原岩应力；另外它的灵敏度较低。 除钢铉应力计目前还在应用外，其他形式的刚性包体应力计于20世纪80年代之前已被淘汰。 优缺点 第七十六页，共110页 3）水压致裂法 水压致裂法是石油行业为了提高石油产量，在钻井中用水压方法使钻井产生人工裂隙而出现的一种方法，20世纪50年代被广泛应用于油田生产。 哈伯特（M.K.Hubbert）和威利斯（D.G.Willis）发现了水压致裂裂隙和原岩应力之间的关系， 后来又被费尔赫斯特（C.Fairhurst）和海姆森（B.C.Haimson）应用于地应力测量。 第七十七页，共110页 （4）岩浆侵入引起的应力场 岩浆侵入挤压、冷凝收缩和成岩过程，由于不同的热膨胀系数及热力学过程等，均会在周围地层中产生相应的应力场，但它是一种局部应力场。 第三十页，共110页 4）岩浆侵入引起的应力场 岩浆倾入挤压、冷凝收缩和成岩，均在周围底层产生相应