地应力解除法地应力测量原理及技术

 岩石弹性模量和泊松比的测定

为了提高测量精度，岩心率定应该在现场进行，因为岩心中的水分散失很小，可以认为岩心的力学性质变化不大，特别是应力计与孔壁的接触状态没有改变。为了方便起见，也可以将岩心带上井后立即蜡封。将带有应力计的岩心由钻孔取出，放入围压率定仪中，给岩心加围压并同时进行读数，绘出应力—应变曲线这些曲线为直线，即ε = A + Bp，通过线性回归可求出 A及 B 。弹性模量 E 和泊松比ν 可用下式计算：

 

地应力测点的选择

地应力测量是一项十分认真细致的工作，任何工作环节的失误都会给测量结果带来误差。地应力测量包含多个技术环节：一是需要可靠的传感器及数据采集系统；二是要科学合理地选择地应力测量地点；三是对钻孔平直度、孔径偏差、大小孔同心度和钻机操作等有很高的要求。地应力测点的选择应遵守下列原则：

(1) 由于地应力测量计算是以线弹性理论为基础的，所以应将测点布置在完整或尽量完整的岩体内，一般要远离断层，避开岩石破碎带、断裂发育带；

(2) 远离或尽量远离较大开挖体；

(3) 避开隧道的的应力集中区，保证应力测点必须位于原岩应力区，即原岩应力状态未受工程扰动的地区；

(4) 为了研究地应力对特定位置的影响，测点应尽量靠近这些区域；

(5) 钻孔至少应有 3～5°的仰角，以便排水；

(6) 对于所选测点，不但水电供应方便，而且要有足够的空间容纳钻机。

6 地应力测量步骤

根据空心包体应变计解除法的原理，具体现场测量步骤如下：

图1  现场地应力测量步骤

（1）使用地质钻机，在平导洞 PDK50+730 山体侧垂直轴向打直径为130mm 的近水平钻孔，深度为导洞净跨，以保证应变计安装位置位于原岩应力区。钻孔上倾 3－5°，以便冷水流出并易于清洗钻孔。

图2   钻取 130mm 大孔

（2）换用用磨平钻头打喇叭口，然后从孔底打直径为 36mm 的同心小孔，小孔深 30cm。小孔打好后，用水冲洗干净，再用酒精或丙酮擦洗。

（3）安装应力计。在安装应力计之前做好准备工作，包括粘结剂的配制，钻孔深度的计算，安装深度的控制等。准备工作就绪后，用粘结剂注入应力计的内腔内，固定好柱塞，用带有定向器的安装杆将空心包体应变计送入小孔中预定位置，推断固定销，将粘结剂从应力计内腔挤出进入应力计与小孔之间的间隔中，等到粘结剂固化后，记下应力计的偏角以及钻孔的方位和倾角。

图3  通过定向器安装应力计

图4   带有应力计的岩芯