专利名称：高地应力地区存在岩芯饼化现象时测量地应力的方法
高地应力地区存在岩芯饼化现象时测量地应力的方法技术领域
本发明属于原岩地应力测量技术领域，特别涉及一种对高地应力地区地应力的测量方法。
背景技术：
目前，越来越多的地下工程向深部发展，高地应力下岩芯饼化现象时地应力的测量是一个尚未解决的难题。在高地应力条件下，工程设计和建设更加需要准确快速测量工程区的原岩三维地应力，而当钻孔过程中出现岩芯饼化现象时，传统的地应力测量方法 (主要是应力解除法)难以实施。《水利水电工程岩石试验规程SU64-2001》(中国水利电力出版社，2001)8. 1. 1,8. 2. 1,8. 3. 1明确提出“应力解除法适用于完整和较完整岩体， 其测段内及测段附近岩性应均一完整”。《岩石工程试验监测手册》(中国建筑工业出版社， 2005)3. 9. 2. 2,3. 9. 3. 2,3. 9. 4. 2直接指出“应力解除法在破碎岩体、薄层或出现饼状岩芯处不宜采用”。同时，传统测量方法，不论是应力解除法，还是水压致裂法，都需要来回的下钻、穿线等繁琐测量工序和笨重的测量设备，有的方法需要多个不同方向的钻孔；其结果更依赖于传感器、解调仪等大量电子仪器，在地下工程恶劣的测量环境下仪器误差和可靠性都较难控制。发明内容
本发明的目的是提供一种简便、实用、科学、可靠的地应力测量方法。
本发明的技术方案是一种高地应力地区存在岩芯饼化现象时测量地应力的方法，包括以下步骤
a、原岩岩饼取样
取2倍洞径以外典型的原岩岩饼至少3块，要求各岩饼的孔深相差在Im以内，岩饼形态类似，记录每个岩饼发生处的埋深和孔深；
b、确定每个岩饼三个主应力的方向
bl、设岩石在力学上是均勻且各向同性的；岩饼表面和岩芯根部的平均赝轴拉应力Osz方向近似垂直，其方位角和最小主应力O3—致；
b2、建立X-Y-Z坐标系钻孔钻进方向为Z轴，最大主应力σ工在Z轴法平面上的投影为X轴，由右手准则确定Y轴；地磁北极到Y轴的夹角为θ ^，三维地应力在三个坐标轴上的分量分别为0X、0y、Oz;
b3、建立岩饼外沿高度曲线ζ和σ POyO3三个主应力方向的数学模型设。2为中间主应力；
b3. 1当O3=八和0l> O2时，岩饼外沿的高度曲线ζ由下式给出
ζ = AmCos2 ( θ - θ 0) (1)
其中Am是岩饼外沿高度变化的幅度；θ是岩饼外沿上点在X-Y平面投影的角度， 以正北方向为0°，以逆时针为正；此时σ3的方向和钻孔轴向即Z轴一致，凹、凸面轴分别5与0l_x轴、o2_y轴的方向一致，gp eQ= e 2; e 2为O2的方位角；b3. 2当0 3兴0 z和0ェ> 0 2吋，岩饼形态的対称性被破坏；为描述岩饼外沿的 高度，将M步骤中建立的X-Y-Z坐标绕X轴旋转a角到X‘ -Y' -Z'坐标，再绕Y‘轴旋 转@角到X〃 -Y〃 -Z"坐标，最终坐标轴Z"和Osz的方向一致；这种条件下岩饼外沿的 高度z在X-Y-Z坐标系中的表示由下式给出
权利要求
1. 一种高地应力地区存在岩芯饼化现象时测量地应力的方法，包括以下步骤a、原岩岩饼取样取2倍洞径以外典型的原岩岩饼至少3块，要求各岩饼的孔深相差在Im以内，岩饼形态类似，记录每个岩饼发生处的埋深和孔深；b、确定每个岩饼三个主应力的方向bl、设岩石在力学上是均勻且各向同性的；岩饼表面和岩芯根部的平均赝轴拉应力σ3Ζ方向近似垂直，其方位角和最小主应力σ3—致；b2、建立X-Y-Z坐标系钻孔钻进方向为Z轴，最大主应力ο工在Z轴法平面上的投影为X轴，由右手准则确定Y轴；地磁北极到Y轴的夹角为θ ^，三维地应力在三个坐标轴上的分量分别为σχ、σy、σz；b3、建立岩饼外沿高度曲线ζ和0ι、σ2、Q3三个主应力方向的数学模型设σ2为中间主应力；b3. 1当σ3=σz和σ1> σ2时，岩饼外沿的高度曲线ζ由下式给出z =amcos2(θ-θ0) (1)其中Am是岩饼外沿高度变化的幅度；θ是岩饼外沿上点在X-Y平面投影的角度，以正北方向为0°，以逆时针为正；此时Q3的方向和钻孔轴向即Z轴一致，凹、凸面轴分别与O1即X轴、σ 2 SP Y轴的方向一致，即θ Q = θ 2 ; θ 2为σ2的方位角；b3. 2当σ3≠σ2和> σ1>σ2时，岩饼形态的对称性被破坏；为描述岩饼外沿的高度，将M步骤中建立的X-Y-Z坐标绕X轴旋转α角到X' -Y' -Z'坐标，再绕Y'轴旋转β角到X" -Y" -Z"坐标，最终坐标轴Ζ"和Qsz的方向一致；这种条件下岩饼外沿的高度ζ在X-Y-Z坐标系中的表示由下式给出
全文摘要
本发明属于原岩地应力测量技术领域，特别涉及一种对高地应力地区地应力的测量方法。其技术方案是一种高地应力地区存在岩芯饼化现象时测量地应力的方法，包括以下步骤a、原岩岩饼取样；b、确定每个岩饼三个主应力的方向；c、做岩石的巴西圆盘劈裂试验，确定每个岩饼的岩石抗拉强度St；d、确定每个岩饼三个主应力的大小；e、对各块岩饼确定出的地应力大小数据取算术平均值，作为该地区地应力大小的数值。本发明可以解决岩饼持续出现时传统地应力测量方法(主要是应力解除法)不能测定原岩地应力的问题，经实际使用验证，使用本发明确定出三维原岩地应力大小和方向结果可靠，并具有简便、实用和科学的优点。
文档编号G01L1/00GK102564653SQ201210021749
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月1日 优先权日2012年2月1日
发明者刘志军, 司永领, 常乐, 张来峰, 李兆凯, 李彦恒, 潘越峰, 王国顺, 王少华, 田庆龙, 罗立平, 胡继波, 郑军林, 郭三虎 申请人:中国人民解放军第二炮兵工程设计研究所