[发明专利]采用传感柱的软岩多测点地应力测试方法

说明书

技术领域

本发明属于岩土测量技术领域，具体涉及一种采用传感柱的适用于深部软岩多测点的地应力测试方法。

背景技术

随着开采深度的增加，煤矿巷道的安全施工越来越离不开对巷道围岩地应力的有效监测。在煤矿深部破碎软弱的围岩中，采用目前常用测试方法进行地应力的有效测试是非常困难的。以硬岩中广泛采用的水压致裂法为例，其钻孔封隔器需要在高水压下具备良好的水密封性，对岩体的完整性提出了苛刻的要求，尤其不适用于煤矿深部节理裂隙发育的破碎软弱岩体。另一种硬岩中常用测试方法为应力解除法。由于煤矿深部松软围岩中岩芯很难获取，无法通过单轴压缩实验得到力学参数，因此应力解除法难以实施。中国科学院武汉岩土力学研究所提出了一种“基于流变应力恢复原理的深部软岩地应力测试方法和装置”（专利号201210096644.6），利用深部软岩在高地应力下流变的特性，实现软岩地应力的实时和长期监测。

一般深部大断面巷道的稳定性评价需要沿着较深钻孔（如30～50米）进行地应力测量。在实际工程应用中，要了解地应力场的空间分布和时间演化规律，就必须进行多测试点、长期实时的围岩地应力监测。采用专利201210096644.6方法进行多测试点地应力监测时，需要将多个传感器组推送至不同深度的孔内位置。由于基于流变应力恢复原理的深部软岩地应力测试方法需要在钻孔内进行全孔注浆，以完成周围岩石应力各向分量的传递，尤其是钻孔轴线方向的应力的传递。多测试点测量需要往孔中安装多个传感器组（一个测试点需要包含两个三向压力传感器），它们之间可能形成遮挡，无法实现全孔段的完全注浆。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种采用传感柱的软岩多测点地应力测试方法。通过该方法，使得多组压力传感器可以相对固定且可测量地安放至钻孔中多个测试点，实现围岩体局部应力场的的计算和测量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种采用传感柱的软岩多测点地应力测试方法，包括以下步骤：

（1）在软岩巷道围岩体内钻孔，钻孔包含多个测点；

（2）根据测点数量，制作相同数量的应力传感柱，所述传感柱为含有一对立方体形状三向压力盒的混凝土圆柱体，两个三向压力盒任意两个工作面法线不重合，相邻地放置在圆柱状混凝土中，且立方体中心均在圆柱状混凝土中轴线上；传感柱底面中心处设置一凹槽，内装有连接横杆；应力传感柱侧面有平行轴线的凹槽为线孔，用于放置三向压力盒的数据线；

准备推杆，推杆由多节短杆通过螺纹连接形成，靠近应力传感柱的短杆前端有与连接横杆嵌套连接的连接卡槽，并且该短杆上装有测量旋转角度的测角装置；

（3）将一个应力传感柱放入钻孔，推杆前端的连接卡槽与应力传感柱的连接横杆嵌套，在孔口处记录推杆初始角度；然后按照设计深度推送至测试点处，数据线引出孔口外；记录传感柱在孔内深度位置；

（4）插入注浆杆在应力传感柱与钻孔壁之间进行注浆，或者采用挤压机构在应力传感柱与钻孔壁之间填充粘结剂，使得应力传感柱与钻孔壁相连接，然后记录传感柱推杆旋转角度，并退出推杆和注浆杆；

（5）重复步骤（3）～（4），在其余每个测点安装传感柱，并记录每个传感柱在孔内的深度位置和旋转角度；

（6）计算每个传感柱中三向压力盒的角度和位置，获取每个三向压力盒在局部坐标系下的坐标与传感面方位；

（7）围岩流变恢复后，基于三向压力盒的读数，按照专利201210096644.6方法，求得每个传感柱内的应力分量σ″_x、σ″_y、σ″_z、τ″_xy、τ″_yz、τ″_zx；

（8）基于每个三向压力盒在局部坐标系下的坐标与方位，和分段钻孔力学模型，根据传感柱内应力分量σ″_x、σ″_y、σ″_z、τ″_xy、τ″_yz、τ″_zx，传感柱尺寸、材料杨氏模量E和泊松比υ，以及三向压力盒的几何、材料参数，利用有限元数值模拟，以迭代收敛方式求取钻孔次生应力σ′_x、σ′_y、σ′_z、τ′_xy、τ′_yz、τ′_zx；