地應力解除法地應力測量原理及技術

 巖石彈性模量和泊松比的測定

為了提高測量精度，巖心率定應該在現(xiàn)場進行，因為巖心中的水分散失很小，可以認為巖心的力學性質(zhì)變化不大，特別是應力計與孔壁的接觸狀態(tài)沒有改變。為了方便起見，也可以將巖心帶上井后立即蠟封。將帶有應力計的巖心由鉆孔取出，放入圍壓率定儀中，給巖心加圍壓并同時進行讀數(shù)，繪出應力—應變曲線這些曲線為直線，即ε = A + Bp，通過線性回歸可求出 A及 B 。彈性模量 E 和泊松比ν 可用下式計算：

 

地應力測點的選擇

地應力測量是一項十分認真細致的工作，任何工作環(huán)節(jié)的失誤都會給測量結果帶來誤差。地應力測量包含多個技術環(huán)節(jié)：一是需要可靠的傳感器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；二是要科學合理地選擇地應力測量地點；三是對鉆孔平直度、孔徑偏差、大小孔同心度和鉆機操作等有很高的要求。地應力測點的選擇應遵守下列原則：

(1) 由于地應力測量計算是以線彈性理論為基礎的，所以應將測點布置在完整或盡量完整的巖體內(nèi)，一般要遠離斷層，避開巖石破碎帶、斷裂發(fā)育帶；

(2) 遠離或盡量遠離較大開挖體；

(3) 避開隧道的的應力集中區(qū)，保證應力測點必須位于原巖應力區(qū)，即原巖應力狀態(tài)未受工程擾動的地區(qū)；

(4) 為了研究地應力對特定位置的影響，測點應盡量靠近這些區(qū)域；

(5) 鉆孔至少應有 3～5°的仰角，以便排水；

(6) 對于所選測點，不但水電供應方便，而且要有足夠的空間容納鉆機。

6 地應力測量步驟

根據(jù)空心包體應變計解除法的原理，具體現(xiàn)場測量步驟如下：

圖1  現(xiàn)場地應力測量步驟

（1）使用地質(zhì)鉆機，在平導洞 PDK50+730 山體側(cè)垂直軸向打直徑為130mm 的近水平鉆孔，深度為導洞凈跨，以保證應變計安裝位置位于原巖應力區(qū)。鉆孔上傾 3－5°，以便冷水流出并易于清洗鉆孔。

圖2   鉆取 130mm 大孔

（2）換用用磨平鉆頭打喇叭口，然后從孔底打直徑為 36mm 的同心小孔，小孔深 30cm。小孔打好后，用水沖洗干凈，再用酒精或丙酮擦洗。

（3）安裝應力計。在安裝應力計之前做好準備工作，包括粘結劑的配制，鉆孔深度的計算，安裝深度的控制等。準備工作就緒后，用粘結劑注入應力計的內(nèi)腔內(nèi)，固定好柱塞，用帶有定向器的安裝桿將空心包體應變計送入小孔中預定位置，推斷固定銷，將粘結劑從應力計內(nèi)腔擠出進入應力計與小孔之間的間隔中，等到粘結劑固化后，記下應力計的偏角以及鉆孔的方位和傾角。

圖3  通過定向器安裝應力計

圖4   帶有應力計的巖芯