Jack fracturing technique of stress measurement

SummaryJack Fracturing Technique of Stress Measurement This paper suggests a new approach for determining the initial state of stress in rock masses by strain relief measurements without overcoring.The method involves impressing friction-strain gauges on two opposite quadrants of a borehole wall, then uniaxially loading the other two quadrants with a self-equilibrating pair of forces of sufficient magnitude for initiating and propagating fractures of depth adequate to relieve strain. The initial tangential strains on the borehole wall are relieved by the creation of an open axial fracture and measured by the impressed friction gauges.Strain relief by borehole jack-fracturing was studied with finiteelement analysis and also by simple consideration of boundary conditions and external tractions. The dependence of the initial state of stress on the strain-relief measurements at different orientations is obtained by employing the classical theory of elasticity.The instrumentation unique to the method, a borehole-loading device and a friction-strain-gauge module, were tested in the laboratory, and the results summarized. Field-stress measurements made in a sandstone quarry for the magnitude and orientation of the stresses are in good agreement with those obtained by an independent overcoming technique. Work is progressing to compare results with a number of controlled cases.

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ZusammenfassungJack-Frakturing-Technik zur Spannungsmessung Es wird eine neue Methode zur Feststellung des Anfangsspannungszustandes in Steinmassen durch Messung der Verringerung der Belastung vorgestellt.In dieser Methode werden Reibungs-Dehnungs-Meßgeräte in zwei gegenüberliegende Quadrante einer Bohrlochwand gepreßt, und die anderen beiden Quadranten werden uniaxial belastet mit selbst-equilibrierenden Kräften, die groß genug sind, um Brüche zu verursachen. Die vorliegenden tangentialen Spannungen der Bohrlochwand werden durch das Erzeugen offener axialer Brüche gelöst und mit einem Reibungsmanometer gemessen.Belastungsminderung durch Bohrloch Jack-Brechung wurde mit finite-element analysis untersucht und ebenso durch einfache Anwendung der Grenzbedingungen. Die Abhängigkeit des Anfangsspannungszustandes von der Orientierung wird durch Anwendung der klassischen Elastizitätstheorie bewiesen.Die Bohrloch Spannungsapparatur und das Reibungs-Belastungsmanometer wurden im Laboratorium getestet. Messungen in Sandstein für die Größe und Orientierung der Spannungen liefern gute Übereinstimmung mit anderen Methoden.

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RésuméMéthode tube-fracture pour la détermination des constraintes Dans cet article, l'auteur suggère une nouvelle approche pour déterminer la contrainte initiale des masses rocheuses en mesurant le relâchement de la déformation sans avoir à percer la masse.Cette méthode consiste à imprimer sur deux quarts de cercle opposés des parois d'un tube cylindrique des indicateurs de la déformation causée par la friction; puis à contraindre latéralement les deux autres quarts de cercle avec deux forces qui s'équilibrent et qui ont une magnitude suffisante pour commencer et propager des fractures assez profondes pour que la déformation se relâche. Les contraintes tangentielles initiales sur la paroi du tube sont relachées par la création d'une fracture ouverte; on les mesure grâce aux indicateurs de déformation.On commence le relâchement de la déformation du tube par fracture avec l'analyse de l'élément fini et aussi en prenant en considération les conditions limites et les tractions extérieures. En utilisant la théorie classique de l'élasticité, on obtient le rapport de l'état initial de contrainte sur la mesure du relâchement de la déformation à différents angles.Les instruments uniques à cette méthode — un appareil destiné à impressionner le tube, et un indicateur de déformation par la friction — ont été mis au point en laboratoire et on a tabulé les résultats. Les mesures de déformation faites dans une carrière de grès pour établir la magnitude et la direction des déformations sont en accord avec les résultats obtenus par une technique indépendante de precement. Les travaux se poursuivent en vue de comparer les résultats avec un certain nombre de cas contrôlés.

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With 9 Figures