文档介绍：第三节岩体初始应力状态的现场量测方法
一、岩体应力现场量测方法概述
:
(1)了解岩体中存在的应力大小和方向
(2)为分析岩体的工程受力状态以及为支护及岩体加固提供依据
(3)预报岩体失稳破坏以及预报岩爆的有力工具
2. 方法分类(表6-1)
二、水压致裂法
(一)方法原理及技术
要点:通过液压泵向钻孔内拟定量测深度加液压将孔壁压裂,测定压裂过程中的各特征点压力及开裂方位,然后根据测得的压裂过程中泵压表的读数,计算测点附近岩体中地应力大小和方向。压裂点上下用止水封隔器密封,其结构如图6-10所示。水压致裂过程中泵压变化及其特征压力示于图6-11。
P0
Pb
Ps
Ps0
P0
Pb0
Ps
图 6-11 压裂过程泵压变化及特征压力
图 6-10 止水、压裂工作原理
Pb
Ps
Ps
Ps0
Pb0
P0
各特征压力的物理意义
①P0-岩体内孔隙水压力或地下水压力
②Pb-注入钻孔内液压将孔壁压裂的初始压裂压力
③Ps-液体进入岩体内连续的将岩体劈裂的液压,称为稳定开裂压力
④Ps0-关泵后压力表上保持的压力,称为关闭压力。如围岩渗透性大,该压力将逐渐衰减
⑤Pb0-停泵后重新开泵将裂缝压开的压力,称为开启压力
(二)基本理论和计算公式
当孔壁出现垂直裂缝时,设孔周边两个水平地应力分别为和,-12。
图 6-12 孔壁开裂力学模型
a
钻孔周围岩体内应力(-基尔斯解)
在孔壁上r=a,有:
当时有最大拉应力:
按最大拉应力理论,有
(6-15)
(6-16)
将(6-15)代入(6-16)得孔壁开裂应力条件
(6-18)
即孔壁开裂在与垂直, 的面上
式中:T0-岩体的抗强度
若岩体中有孔隙水压力Pw,(6-18)式变成:
(6-19)
由图6-11知水泵重新加压使裂缝重新开裂的压力Pb0,则上式变成:
(6-20)
19和20两式对比得: Pb –Pb0=T0
(6-21)
在关闭压力Pb0点上,孔壁已经开裂,则T0=0,稳定开裂压力由P0下降到Ps0。此时,ps0等于与裂缝垂直的应力,即:
求得主应力及岩体抗拉强度
(三)根据水压致裂法试验结果计算地应力
(1)一般来讲作为地主应力之一。我们可以将与作比较,若,则可以肯定此时为最小主应力;进一步将与作比较,也就可以以此确定地应力的三个主应力。