一種地應力測試的旁孔應力解除法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及巖土工程技術領域，具體地指一種應用于測量高應力狀態(tài)下深部巖體地應力的一種地應力測試的旁孔應力解除法。
【背景技術】
[0002]為了適應我國國民經(jīng)濟快速發(fā)展，在水利水電、交通、礦山等領域需要建設大量深埋長大隧洞(巷道)等工程，深埋高地應力導致高強度巖爆、大變形、塌方等重大工程災害頻發(fā)，造成大量人員傷亡和重大經(jīng)濟損失。初始高地應力是導致上述災害以及影響不同類型災害形成機制的最直接的控制因素。因此，準確測量出深埋高地應力條件下工程區(qū)的初始地應力是進行上述工程災害風險合理評估、準確預測以及可靠防控的前提和關鍵。
[0003]地應力的實測工作起始于20世紀30年代。1932年，美國人勞倫斯(Lieurace)在胡佛水壩下面的一個隧道中采用巖體表面應力解除法，首次成功地進行了原巖應力的測量，從而開創(chuàng)了現(xiàn)場地應力測量的先河。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，國內(nèi)外已發(fā)展和應用的地應力測量方法比較多，大致可歸納為如下幾類:水壓致裂法(hydraulic fracturingmethod)，應力解除法(relief methods)，扁千斤頂法(flat jacking method)，應變恢復法(strain recovery method)，鉆孔崩落法(borehole breakout method)，差應變曲線分析法(differential strain curve analysis method)，鉆進誘發(fā)張裂縫法(drilling inducedtensile fracture method)，聲發(fā)射法(acoustic emiss1n method)，以及地球物理方法等其他測試方法。在三維地應力測量方面，應用普遍的是水壓致裂法和應力解除法。
[0004]水壓致裂法存在必須事先假定地應力張量的一個主方向與鉆孔軸向一致的局限，使該法在地質(zhì)條件復雜地區(qū)應用時，其測量數(shù)據(jù)的科學性、可靠性是值得商榷的。在高應力條件下，套芯應力解除過程中常出現(xiàn)巖芯餅化現(xiàn)象，難以獲得所需的完整巖芯長度，成為制約套芯應力解除法在高地應力條件下成功應用的重大技術障礙。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是要解決上述【背景技術】的不足，提供一種地應力測試的旁孔應力解除法，以滿足和適應高應力地區(qū)的地應力測量。
[0006]本發(fā)明的技術方案為:一種地應力測試的旁孔應力解除法，其特征在于，它包括以下步驟:
[0007]I)、在測試現(xiàn)場進行主孔的鉆進，鉆至需要進行應力測試的巖體區(qū)域；
[0008]2)、在主孔的底部中心進行底部測量孔的鉆進，沖洗底部測量孔，在底部測量孔中安放變形計，并記錄底部測量孔中的變形記初始讀數(shù)；
[0009]3)、進行位于主孔底部內(nèi)、底部測量孔徑向外側(cè)的底部旁孔的鉆進，記錄底部旁孔的位置，并對底部測量孔進行應力解除，在應力解除過程中，測量并記錄底部測量孔中變形計的變形量；
[0010]4)、在主孔的側(cè)壁上進行一組側(cè)壁測量孔的鉆進，記錄側(cè)壁測量孔的位置，沖洗側(cè)壁測量孔，在側(cè)壁測量孔中安放變形計，并記錄側(cè)壁測量孔中變形計的初始讀數(shù)；
[0011 ] 5)、在鉆進的側(cè)壁測量孔徑向外側(cè)部鉆進側(cè)壁旁孔，對側(cè)壁測量孔進行應力解除，記錄側(cè)壁旁孔位置，在解除過程中，測量并記錄該組側(cè)壁測量孔的徑向變形；
[0012]6)、類似步驟4)、5)，在主孔側(cè)壁上鉆進另外兩組側(cè)壁測量孔與其相對應的側(cè)壁旁孔，對各組側(cè)壁測量孔進行應力解除，在解除過程中，測量并記錄該組側(cè)壁測量孔的徑向變形；在測量主孔橫截面上，三組側(cè)壁測量孔互成120° ；
[0013]7)、處理上述測量并記錄的數(shù)據(jù)，并計算出所述測試位置的三維地應力值。
[0014]優(yōu)選地，對底部測量孔進行應力解除的底部旁孔數(shù)量為I?4個，對每一個側(cè)壁測量孔進行應力解除的側(cè)壁旁孔數(shù)量為I?2個。
[0015]優(yōu)選地，所述三個側(cè)壁測量孔具有高度差。
[0016]進一步地，所述底部測量孔和底部旁孔通過地應力測試裝置進行施工，所述地應力測試裝置包括從上至下沿軸向依次設置的固定套筒、張緊套筒、驅(qū)動套筒和旋轉(zhuǎn)套筒，所述固定套筒內(nèi)設置驅(qū)動油缸，所述驅(qū)動油缸的輸出端與活塞桿的一端連接，所述活塞桿沿軸向設置，所述活塞桿的另一端伸入到所述張緊套筒內(nèi)；所述張緊套筒的筒壁外側(cè)設置有一圈橡膠層，所述橡膠層與所述活塞桿通過對稱設置的連桿連接，所述連桿的兩端分別與所述橡膠層、活塞桿鉸接；所述驅(qū)動套筒內(nèi)沿軸向設置有其輸出端做旋轉(zhuǎn)運動的擺動缸，所述擺動缸的輸出端設置在所述旋轉(zhuǎn)套筒頂部中心處，所述旋轉(zhuǎn)套筒內(nèi)固定設置有鉆孔機構、清洗機構和測試機構。
[0017]進一步地，所述張緊套筒的徑向側(cè)壁設有朝向內(nèi)部的凹陷區(qū)，所述橡膠層的上、下兩端分別與所述凹陷區(qū)的頂部和底部固定連接；所述連桿設置有根，所述連桿以張緊套筒的中心軸呈傘狀分布。
[0018]優(yōu)選地，所述鉆孔機構與測試機構以旋轉(zhuǎn)套筒中心軸對稱設置，所述清洗機構位于所述鉆孔機構與測試機構連線的中垂線上。
[0019]進一步地，所述旋轉(zhuǎn)套筒內(nèi)沿徑向設置有上隔板和下隔板，所述鉆孔機構與測試機構的固定端位于所述旋轉(zhuǎn)套筒頂部下表面，所述清洗機構的固定端位于所述下隔板下表面，所述上隔板和下隔板設置有被所述鉆孔機構與測試機構穿過的通孔，所述鉆孔機構、清洗機構和測試機構的工作端位于同一水平面。
[0020]更進一步地，所述鉆孔機構包括沿軸線依次設置的第一伸縮油缸、旋轉(zhuǎn)馬達和鉆頭，所述第一伸縮油缸的固定端固定設置在所述旋轉(zhuǎn)套筒頂部下表面，所述第一伸縮油缸的輸出端與所述旋轉(zhuǎn)馬達的底座固定連接，所述旋轉(zhuǎn)馬達的輸出端與所述鉆頭固定連接；所述清洗機構包括沿軸線依次設置的第二伸縮油缸和噴嘴，所述第二伸縮油缸的固定端固定設置在所述下隔板下表面，所述第二伸縮油缸的輸出端與所述噴嘴固定連接；所述測試機構包括第三伸縮油缸和變形計，所述第三伸縮油缸的固定端固定設置在所述旋轉(zhuǎn)套筒頂部下表面，所述第一伸縮油缸的輸出端與所述變形計固定連接。
[0021]所述旋轉(zhuǎn)套筒底部被支撐板密封，所述支撐板設置有被所述鉆孔機構、清洗機構和測試機構穿過的通孔，所述支撐板中心位置設置有探測器。
[0022]本發(fā)明在旁孔應力解除過程中，回避了高應力下進行套芯應力解除過程中的餅化現(xiàn)象，同時，可以通過多個測量孔得到多組測量數(shù)據(jù)，進而計算獲得準確、可靠的三維地應力測試結(jié)果。
【附圖說明】
[0023]圖1為主孔底部內(nèi)底部測量孔和底部芳孔的布置不意圖；
[0024]圖2為主孔側(cè)壁上側(cè)壁測量孔與側(cè)壁旁孔的布置示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明中地應力測試裝置的主視示意圖；
[0026]圖4為本發(fā)明中的地應力測試裝置的側(cè)視示意圖；
[0027]圖5為本發(fā)明中地應力測試裝置的工作示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0029]本發(fā)明主要描述的是一種地應力測試的旁孔應力解除法，它具體包括以下步驟:
[0030]I)、參考圖1，首先進行主孔I的鉆進，鉆進至需要進行應力測試的巖體區(qū)域；
[0031]2)、在主孔I的底部中心進行底部測量孔2的鉆進，底部測量孔2的鉆進采用口徑為36mm的鉆頭，鉆孔30cm深，將底部測量孔2沖洗干凈后，通過變形計測量并記錄底部測量孔2的徑向變形，變