一种基于岩芯直径径向应变观测的三维地应力测量方法

本发明涉及岩土力学测量，更具体的说是涉及一种基于岩芯直径径向应变观测的三维地应力测量方法。

背景技术：

1、地应力是对岩体中存在的内应力的统称，工程岩体的这种力学状态不仅是客观存在的，而且其大小和方向也是因地而异的。地应力测量与研究及其应用已遍及水利水电、矿业工程、油气资源开采、交通行业等诸领域内的岩石工程设计和稳定性评价工作，地应力是岩石力学与工程设计和计算分析必不可少的基本数据资料之一。

2、现有技术中已有的地应力测量方法中以套芯应力解除法与水压致裂法应用最为广泛。套芯应力解除法是当前最为常用的一种地应力测量方法，套芯解除法中套芯后，岩芯即脱离周围地应力场的作用，岩芯发生弹性恢复，通过测量弹性变形来计算地应力，然而岩芯变形法通过岩芯只能得到两个方向的应力差，且同一位置得到的应力差只有一次，无法通过实验验证准确性，岩芯变形法如果需要得到地应力，则需要借助水压致裂法得到其中一个应力。由此可见，应力解除法地应力测量方法本身实际应用过程中仍然存在着一定的局限性，特别是在三维地应力测量方面尤为如此，且应力解除法与水压致裂法结合测量成本高、工艺复杂、误差大，难以满足实际需求。

3、因此，如何提供一种更加简便且准确的三维地应力测量方法是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于岩芯直径径向应变观测的三维地应力测量方法，通过岩芯弹性和非弹性变形结合获得岩芯地应力。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于岩芯直径径向应变观测的三维地应力测量方法，包括以下步骤

4、钻岩取芯，通过实验获取岩芯直径最大和最小方向，标记并建立坐标系，其中岩芯直径最大向为x轴方向，为最大水平主应力sh方向；岩芯直径最小方向为y轴方向，为最大水平主应力sh方向；岩芯轴向方向为z轴方向，为垂直主应力sv方向；

5、步骤二：在y轴负半轴对应的岩心侧壁上贴两个横向应变片记为1-2，在x轴正半轴对应的岩心侧壁上贴两个横向应变片记为5-6，在x轴正半轴与y轴负半轴夹角45°线对应的岩心侧壁上贴一个竖向应变片记为3，在x轴正半轴与y轴正半轴夹角45°线对应的岩心侧壁上贴一个竖向应变片记为4，通过应变片1-6的数据得到岩芯在x、y、z轴方向的差应变，具体为：

6、

7、其中，δε1-δε6分别为通过应变片测量计算得到的差应变；δεx、δεy、δεz分别为sh方向sh方向和sv方向的差应变；

8、步骤三：计算得到主应力大小：

9、

10、其中，v为泊松比，δεx、δεy、δεz分别为sh方向sh方向和sv方向的差应变，γi为第i层岩层容重；hi第i层岩层高度。

11、优选的，步骤一中通过岩芯直径扫描获取岩芯直径最大和最小方向。

12、优选的，步骤二中所述差应变计算公式如下：

13、δε＝ε(t2)-ε(t1)；

14、其中，ε(t1)为t1时刻应变片测得应变，ε(t2)为t2时刻应变片测得应变。

15、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于岩芯直径径向应变观测的三维地应力测量方法，具有如下有益效果：

16、岩芯取出后弹性变形瞬间进行，由于水平方向应力大小不同导致岩芯发生不同程度的弹性变形，通过测量这种变形大小得到地应力的方向，在此基础上测量非弹性变形，进而得到地应力大小，该方法相对于水压致裂法、asr法等传统方法简单、经济、准确，并且同一方向两个应变片可以验证结果的准确性，仅需六个应变片就可以测量得到地应力，测试过程大大简化便捷。

技术特征：

1.一种基于岩芯直径径向应变观测的三维地应力测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于岩芯直径径向应变观测的三维地应力测量方法，其特征在于，步骤一中通过岩芯直径扫描获取岩芯直径最大和最小方向。

3.根据权利要求1所述的一种基于岩芯直径径向应变观测的三维地应力测量方法，其特征在于，步骤二中所述差应变计算公式如下：

技术总结
本发明公开了一种基于岩芯直径径向应变观测的三维地应力测量方法，首先获取岩芯直径最大和最小方向及轴向方向，标记并建立X、Y、Z轴坐标系，之后在X轴和Y轴以及X轴与Y轴夹角45°线对应的岩心侧壁上布置六个应变片，通过应变片的数据得到岩芯在X、Y、Z轴的非弹性应变，最后依据非弹性应变差计算得到三维X、Y、Z轴方向对应的主应力大小。该方法简单、经济、准确，并且仅需六个应变片就可以测量得到地应力，测试过程大大简化便捷。

技术研发人员：张重远,刘卫东,顾金钟,李少辉,张士安
受保护的技术使用者：中国地质科学院地质力学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14