单孔三维地应力测试原理及其应用

近些年水压致裂原生裂隙地应力测试理论和实践得到了一定的发展。本文详细介绍了水压致裂单孔三维地应力测试的基本原理,阐述了在钻孔内选择2条以上原生裂隙段进行重张试验的测量,或者在完整岩体水压致裂测试的基础上,结合2条或2条以上原生裂隙段进行重张试验的测量,就可确定岩体的三维地应力状态;并将该方法应用到了某国外水电站调压井部位的钻孔应力测试中,较为准确的确定了该工程区域的三维应力状态。该方法原理清晰,操作简单经济,具有较为广泛的工程应用前景。     

浅析DYL型地应力探测仪工作原理及应用效果

1985年哈斯特取得地壳浅部应力状态的第一批资料之后,地应力探测技术获得了迅速的发展。到目前为止,已有20多个国家开展了地应力测量。测量方法有十余类,测量仪器近百种。由于该项技术的发展,一开始就受到钻探工程的限制,人们对地壳内的地应力测量一般均局限在浅层地表,大多为十几米至几百米;采用水压致裂方法之后,测量深度可达几千米。1977年海姆森(BC Haimson)在5.1km深的钻孔中采用水压致裂方法,成功地进行了应力测量。对于5km以下更深处的地应力测量,至今还是一个盲区。地应力测量从原理上可分直接测量与间接测量;从内容上可分绝对值测量和相对值测     

利用室内和现场水压致裂试验联合确定地应力与岩石抗拉强度

钻杆式水压致裂原地应力测试系统的柔性会影响最大水平主应力的计算精度。利用空心岩柱液压致裂试验获得的岩石抗拉强度来取代重张压力计算最大水平主应力是降低钻杆式测试系统柔性的负面影响的重要途径。在福建某隧道深度为65 m的钻孔内开展了8段的高质量水压致裂原地应力测试,随后利用钻孔所揭露的完整岩芯开展了17个岩样的空心岩柱液压致裂试验。利用空心岩柱液压致裂所得的抗拉强度平均值为8.40 MPa,与经典水压致裂法确定的岩体抗拉强度8.22 MPa接近。对于20 m的范围内8个测段的原地应力量值,最小水平主应力平均值为8.41 MPa,基于重张压力P_r的最大水平主应力平均值为16.70 MPa;基于空心岩柱抗拉强度的最大水平主应力量值平均值为16.88 MPa,两种方法获得的最大水平主应力平均值基本一致。最大最小水平主应力与垂直主应力之间的关系表现为σ_H > σ_V > σ_h,这种应力状态有利于区域走滑断层活动。通过对比分析可知,对于钻杆式水压致裂原地应力测试系统,当测试深度小且测试系统柔性小时,基于重张压力和基于空心岩柱抗拉强度得到的最大水平主应力量值差别不大,这说明基于空心岩柱的岩石抗拉强度完全可以用于水压致裂最大水平主应力的计算,同时基于微小系统柔性的水压致裂测试系统获得的现场岩体强度也是可靠的。      

深圳抽水蓄能电站水压致裂法三维地应力测量和分析

由于水压致裂法地应力测量的突出优点已在国内外得到广泛应用,但以往只能测量钻孔横截面上的二维应力状态。近期兴起的水压致裂法三维地应力测量,已在多个工程中得到应用。深圳抽水蓄能电站采用了3个不同方向钻孔测量法和单钻孔测量法进行了三维地应力测量,得到了很好的测量成果。其中单钻孔三维地应力测量,在近水平向和铅垂向两个钻孔中应用。三维地应力测量成果不仅得到了相应钻孔横截面上和原生裂隙面上二维应力实测值的检验,而且得到了同一位置两种不同三维地应力测量方法的相互印证,和同一个钻孔（铅垂向）中套芯应力解除法三维地应力实测值的印证。两种水压致裂法三维地应力测量成果（单钻孔测量法包含了非铅垂向和铅垂向钻孔的两种测量法）非常一致,能够代表该测量区的地应力状态。     

北京房山花岗岩体AE法应力测量研究

一、前言原地应力测量越来越受到地学界和工程界的重视,因为它是我们了解地壳岩石中应力状态最为直接的手段。尽管目前地应力测量方法已发展到相当完善的地步,例如应力解除法可精确地测出浅部岩体中的应力状态,而水压致裂法可测定地下5km的应力状态,但因其庞大的测量设备以及昂贵的费用限制了其广泛应用。较为理想的方法是在地下深部拟测应力处采取定向岩芯,在实验室进行实验取得原地应力。这类方法的研究和应用有岩石     

我国某地下油库预可行性研究地应力测量及其应用分析

本文运用水压致裂地应力测量方法,对我国某地下油库预可行性研究工程场区两个钻孔进行了地应力测量。测量结果表明:最大和最小水平主应力(S_H,S_h)都远大于对应深度处的垂向应力(S_v),三向主应力的关系为:S_H > S_h > S_v,应力大小在该深度范围属中等偏大级别;工程场区最大水平主应力方向近EW方向,与测点外围确定的区域最大水平主应力总体方向较为一致;建议未来地下硐库长轴按近EW分布,地应力状态、岩体结构构造、岩石强度等基本保证了其岩体稳定性。      

水压致裂应力测量在隧道工程中的应用

通过钻孔内的水压致裂方法直接测量原地应力,获得隧道区地应力的各种力学参数,根据各种地应力测量结果进行综合研究对比,提出深埋隧道围岩的稳定性程度,并判断和推测隧道施工期间发生岩爆的可能性,为隧道设计提供重要依据,方法直观,效果良好.     

水压致裂原位应力测量的特征值参数的计算机辅助确定

水压致裂原地应力测试曲线特征值判定对于提高原地应力测量精度具有十分重要的意义。为了避免人工判读的个体误差和手动数据处理的重复劳动,本文针对水压致裂原地应力测量曲线的特征值判读这一关键技术难点进行软件开发以实现数据处理的自动化。该交互式软件包括数据采集、数据分析和数据库管理等3个主要模块。其中核心模块-数据分析模块包括了水压致裂原地应力测量中特征值Pr和Ps判读的全部方法。软件使用VB语言实现,界面友好,使用可靠方便。通过该软件在山东潍坊市红河镇某钻孔中的应用证明了软件的可靠性和便捷性。     

原生裂隙水压致裂原地应力测量的理论与实践新进展

HTPF法测试所需的数目众多的原生裂隙面大大制约了这种方法的推广应用。针对这一问题,通过为原生裂隙面上广泛存在的剪应力建立力学方程,利用最小二乘法和计算机程序试错搜索原生裂隙面摩擦系数的办法反演原地应力张量。理论上基于每个原生裂隙面的水压致裂测试结果可以建立两个力学方程,那么只需要3条原生裂隙就可以求解原地应力张量,但为了保证计算机程序反演收敛,至少需要5条原生裂隙,这一方法被定名为M-HTPF法。将这种方法在山东某科研钻孔的原地应力测量作业中进行了应用,通过利用5条原生裂隙面上的水压致裂测试得到的关闭压力和方位角数据,反演得到原地应力张量:σ_1=8.85 MPa,方位角为N58.12°W∠14.18°;σ_2=6.61 MPa,方位角为N26.2°E∠-21.54°;σ_3=5.01 MPa,方位角为N62.86°E∠63.86°。通过与同一钻孔内的经典水压致裂法的测量结果对比可知,两种方法得到的最小主应力和中间主应力非常接近,最大主应力则相差较大;两种方法获得的最大、最小主应力方位角基本一致。该方法为单孔三维水压致裂原地应力测量提供了新的思路和途径。     

钻孔岩芯定向技术的实验研究

一、引言原地应力测量越来越受到地学界和工程界的重视,因为它是我们了解地壳岩石中应力状态最为直接的手段。尽管目前地应力测量方法已发展到相当完善的地步,例如套芯法可以精确地测出浅部岩石中的应力状态,而水压致裂法甚至可以测得地下5km左右的应力,但是庞大的野外测量设备和恶劣的野外测量环境使得地应力测量的费用极为昂贵,因而限制了其广泛的应用,较为理想的地应力测量方法大概就是从地下深部拟测应力处采取岩芯,在实验室进行试验求得原地应力。这类方法目前已在研究和应用的有岩石声发射     

花岗岩抗拉强度试验和在水压致裂应力测量中的应用

一、引言在采矿、岩石钻进、顶板和底板的破坏等方面及水压致裂试验中,拉伸破坏都是一种重要的现象。在传统的水压致裂原地应力测量中,最大和最小的水平主应力的确定由下列式子给出:     

地应力与岩石弹性模量关系试验研究

在北京某深孔原岩应力测量和原岩应力测量段同等深度单轴及不同围压下的三轴岩石力学试验的基础上,结合统计的钻孔岩体结构参数,分析了原岩应力测量段深度处修正前、后的岩石弹性模量,进而探讨了地应力与岩石弹性模量间关系。结果表明,在花岗岩中,主应力大小与修正前、后的岩石弹性模量间均呈正相关关系,而在灰岩中,主应力大小与修正前、后岩石弹性模量间的关系不明确,需要进一步研究;在花岗岩中,主应力大小与修正后的岩石弹性模量间的相关性系数高于主应力大小与修正前的岩石弹性模量间的相关性系数;各向同性高的岩体（如花岗岩）,实测地应力大小与岩石力学试验结果相关性好,而各向异性大的岩体（如沉积岩）,实测地应力大小与岩石力学试验结果相关性较差     

广西全州天湖水电站水压致裂三维地应力测量及其应用

一、引言用水压致裂法测量地壳应力的大小和方向,具有其它测量方法不可比拟的优点,不仅操作简单,而且可进行地表以下几百米甚至千米深度的应力测量,直接确定应力值和岩石力学参数等.我们研制的轻便水压致裂应力测量系统已在水电、石油、交通、煤炭等部门得到广泛应用. 常规水压致裂法的一个重要假设,即三向主应力之一与孔轴平行,从而确定平面应力     

浅谈水压致裂应力测量资料的解释与分析

一、引言水压致裂原地应力测量,测量方法简便易行,事先无需知道岩石力学参数,可以重复、连续测量,结果比较可靠.同时还可提供其它测量方法不能得到的、工程上也很需要的一些岩石力学参数,如原地抗拉强度、完整岩石的破裂压力等.由于这一方法具有显著优点,近年来在国内外得以大力推广,现已被广泛应用于大型地下工程、抽水蓄能电站、     

压磁套芯三维原地应力测量研究

压磁套芯解除法是20世纪50年代开始发展起来的原地应力测试技术。为了实现在单一钻孔中进行三维地应力测量研制了单孔全应力计。在简单介绍压磁全应力计结构和计算原理的基础上,通过现场测试,对在锦屏二级水电站地下厂房洞群区压磁套心解除3孔交汇法三维地应力测量和单孔三维地应力测量及水压致裂地应力测量进行了比较分析研究。测量结果表明,在探洞浅部,受局部地形影响,测点的应力分布主要受自重和地形地貌控制,形成特有的“V”型河谷岸坡内的局部应力状态,最大主应力为11 MPa左右,作用方向NNW基本近水平;在探洞深部地应力应力值较高,最大主应力为40 MPa左右,作用方向近直立;随水平埋深的增大最大主应力由近水平状态转变为近直立状态,说明在洞深部自重应力起主导作用。通过三种方法测量结果的对比分析,说明压磁套心解除单孔三维地应力测试技术与压磁套心解除3孔交汇法和水压致裂地应力测试技术具有相同测试精度。     

水压致裂测试技术的发展与应用

水压致裂技术作为原地应力测量普遍采用的一种方法,近年来得到了长足发展。原本该方法只能进行水平主应力的测量,现已发展为广泛应用的三维原地应力测量方法。尤其是在诸如抽水蓄能电站的高压输水隧洞、气垫调压室等承压洞室工程中,在工程利用深度域的各种岩性结构层段上,采用水压致裂技术进行梯级增压测试,便可给出围岩自身承载能力的评价结果,由此为工程的科学设计提供可靠的依据。同时,由于岩体透水性是工程地质不可或缺的一项勘测内容,而低压下不透水的岩层在高压力作用下往往漏水,因此采用水压致裂技术进行高压压水测试,就可以给出工程运行条件下岩体透水性的可靠测试结果。本文仅就水压致裂测试技术的主要发展及其应用做一简介。     

空心包体孔壁应变计及某些层状岩体中应力分布特征

现场岩体应力测量和岩体工程应力分析一直是岩石力学研究非常活跃的领域之一,而软弱岩体的现场应力测量与分析又是其中一个亟待解决的难题。针对软弱、破碎岩体现场应力测量技术上的困难,从1983年至1984年,中国科学院武汉岩土力学研究所白世伟、方昭茹等人研制出空心包体式孔壁应变计。空心包体式孔壁应变计是现场地应力测量的一种新式传感器,它利用套孔应力解除法原理通过电阻式应变片测量应变来实现地应力测量,能够在一个钻孔中进行空间应力状态的测量。该传感器利用软塑料空心筒和水下低温粘贴固化剂技术,因此比其它传感器更适合软、碎岩体。该传感器采用均布圆筒表面的出浆孔和完整的安装定向系统,保证了粘贴的方便,也保证了测试的准确可靠,经系统验证,该方法测量地应力的综合误差小于18％。     

水压致裂试验过程中诱发的声发射

为了研究水压致裂过程中裂缝的扩展机制,在北京房山花岗岩体中开展了大型水压致裂试验。试验是在一个深 301 m的岩石新鲜完整的FR钻孔中进行的,其周围半径约40 m的范围内布置了4个120 m深的声发射观测孔。在FR孔中深度60 m至140 m的范围内选取了7段没有天然节理的部位进行了水压致裂。在所有的试验中,发现水压致裂形成的裂缝通过天然节理与AE孔连通,只在深度118.5 m进行的试验,观测到由水压致裂产生的AE事件。由声发射的震源机制解得到的P轴和T轴的方向与水压致裂应力测量的方向一致。     

水压致裂地应力测量在油田开发中的应用

一、前言水压致裂技术起源于石油开发中的油田水压致裂强化增产方法。1957年,哈伯特(Hubert)和威利斯(Willis)从油田水压致裂技术中得到启示,创立了常规的水压致裂应力测量理论。美国的海姆森从1970年,在美国东、西部的油田进行了一系列深部应力测量。上述水压致裂应力测量是在没有套管的钻孔(简称裸眼钻孔)中进行。不仅可得到主应力值,而且通过橡胶印模器能获得破裂裂缝的方向。80年代初,为满足油田生产需     

深埋长隧道地应力特征与岩爆预测

以沪蓉西高速公路上大量深埋长隧道为研究对象,采用水压致裂法进行了地应力测量,然后根据实测地应力资料,运用工程岩体分级标准判据法、陶振宇判据法和Hoek判据法对隧道岩爆进行了预测研究。结果表明:鄂西灰岩山区应力水平总体为中等偏高,最大水平主应力方向近EW向;埋深较深的坚硬岩石隧道有可能发生岩爆。为了充分保证施工的安全性,建议在施工过程中采取合理的开挖方式和防爆措施。