地應力測試方法

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1、地應力主要測試方法總結摘要：本文總結了目前使用較為廣泛的26種地應力測試，并對這些方法的基本原理做了簡要介紹。這26種方法按照數(shù)據(jù)源途徑可以分為5大類，分別為基于巖芯的方法、基于鉆孔的方法、地質學方法、地球物理學方法以及基于地下空間的方法。最后文章對這些方法進行了的優(yōu)缺點和適用范圍進行了分析對比。蓄存在巖體內部未受到擾動的應力稱之為地應力，地應力可以分為兩類，原地應力和誘發(fā)應力，而原地應力主要來白五個方面:巖體自重、地質構造活動、萬有引力、封閉應力和外部荷載。地應力具有多來源性且受到多種因素的影響，因此地殼巖體地應力分布復雜多變

2、。從海姒假說認為“巖體中賦存的應力近似為掙水壓力狀態(tài)，等于上覆巖體自重”到金尼克假說認為“垂直應力等于上覆巖體口重，水平應力等于巖體泊松效應產生的應力”，人們對巖體應力的認識逐步提高，并利用實測數(shù)據(jù)否定了以上兩種假說。社會發(fā)展的需求直接催生了大量地應力測試和估算方法，陽這些方法的發(fā)展又進一步促進了人類社會的阜礎設施建設、資源和能源開發(fā)。隨著人類對能源和礦產資源需求量的增加和開采強度的不斷加人，淺部礦產資源H益減少，國內外礦山都相繼進入深部資源開發(fā)狀態(tài)，而深部開釆中遇到的“三高”問題（高地應力、高地溫、高水壓）將成為深部開釆巖體力

3、學硏?究中的焦點和難點問題。準確確定深部開發(fā)空間區(qū)域的原地應力狀態(tài)是解決以上難題的必要途徑之一，這就需要進行地應力測試方法和技術的研究。從地應力概念提出至今，各國科學家提出了數(shù)卜種地應力測試方法，將其按照數(shù)據(jù)來源進行歸類，大概可以分為五大類:慕于巖芯的方法、基于鉆孔的方法、地質學方法、地球物理方法（或地震學方法）、基于地下空間的方法。下面將對各種方法的測試原理和方法發(fā)展的脈絡作一些簡要介紹，表1包括了目前認可程度和使用范圍較廣的各種方法.表1原地應力測試和估算方法匯總分類序號名稱1非彈性應變恢復法2差應變曲線分析法棊3差波速分析

4、法于巖4餅狀巖心/巖心誘發(fā)裂紋法心5聲發(fā)射法的方6圓周波速各向異性分析法法7巖心二次應力解除法8微裂隙研相分析法9軸向點載荷分析法基10微型水壓致裂法11套筒壓裂法法第12原生裂隙水壓致裂發(fā)的13套芯解除14151617鉆孔崩落孔壁誘發(fā)張裂縫鉆孔變形鉆孔滲漏實驗18地傾斜調查地質學方法19斷層滑動反演20新構造運動節(jié)理測繪21火山口排列調查地球物理方法22震源機制解23地球物理測井基丁地下空間的方法24扁千斤頂25表面解除法26反分析法1基于巖心的方法1.1非彈性應變恢復法非彈性應變恢復法(ASR)是通過測量現(xiàn)場從井孔取得的定向

5、巖芯與時間相關的皿變松弛變形來反演原地應力場方向和量值的一種方法。巖芯從井孔取出后，由于作用在巖芯上的原地應力場突然消失，巖芯會沿周向產生差別松弛變形，變形包括巖芯從母巖解除下來后立即產生的彈性變形和隨巖芯放置時間延長逐步產生的非彈性變形。非彈性應變恢復過程原理如圖1-1所示。這些變形都與原來加載在巖芯上的原地應力場密切相關，因而可以通過測量這些變形量來分析原地應力場。目前可以通過兩種方法測試巖芯的非彈性應變量，一種是高精度卡夾，一種是應變片。該方法主要適用于深孔和軟巖的巖芯應力測量，當巖芯從深孔中取出后，由丁?原來經受的應力很

6、高，非彈性應變恢復現(xiàn)象會非常明顯，対于淺孔和硬巖，山于非彈性應變量較小，使得測試結果的可靠性降低。圖1-1非彈性應變恢復法原理示意圖1.2差應變曲線分析法差應變曲線分析法(DSCA)是在實驗室內對定向巖樣丿施加圍壓，觀測比較巖樣不同方向上的相對應變，進而估算原地應力方向和最值。DSCA法基于四個重要假設:①巖樣內部的微裂隙是山于巖芯圍壓消失而產牛松弛變形所導致的;②微裂隙基本按照原始應力場的方向排列;③任何方向上微裂隙所產生的體積變化與原地應力場量值成止比;④在靜水圍壓作用卜,任一特定方向上的巖樣體積收縮與該方向上的巖芯從母巖上

7、解除下來的應力松弛變形過程是可類比的。在均勻的圍壓作用下，巖芯不同方向產生的應變是完全不同的，如微裂隙閉合，而這種應變信息可以用來分析原地應力場，測試原理如圖1-2(a)所示。圖1-2DSCA法測試原理及巖樣差應變曲線示意圖(a)DSCA法測試原理；(b)巖樣差應變曲線示意圖1-2(b)是巖樣在均勻靜水F同壓作用下的應變響應曲線。當施加的圍壓應力佼低時，由于巖樣內部存在的張開微裂隙或者半張開微裂隙，巖樣表現(xiàn)出高度柔性。隨著圍壓逐步增加,微裂隙開始全部閉合(轉換區(qū))，過了轉換區(qū)后，僅有巖樣本體的彈性變形。實際上，實驗應力-應變曲線

8、的起始段范圍內，包括兩部分應變量，微裂隙閉合的應變表現(xiàn)和巖樣本體的應變，巖樣本體的應變可以通過高壓段的應變

9、]

10、

11、線觀測獲得，在起始段范圍內將巖樣本體應變剔除，就可以計算出微裂隙閉合所反映的應變量。當然，如果巖樣均勻且各向異性，那么可以不必考慮巖樣本體的應變。利