[发明专利]基于弯曲钻孔的孔底应力解除测量地应力的方法及装置

说明书

本发明涉及岩石力学测量技术领域，特别涉及一种基于弯曲钻孔的孔底应力解除测量地应力的方法及装置，通过在水平直孔的两侧钻进弯曲孔，采用孔底应力解除法获取各个孔底的解除应变值，同时测取孔底位置的弹性参数，考虑温度效应，利用空间上互不平行的三组孔底面上的最终解除应变值、弹性参数，结合弹性力学公式，建立方程组进行迭代求解，计算得出该测量点的三维地应力数据，操作、测试方便，利用该方案能够较为精确地测量出实际地下工程的三维地应力状态，对保障地下安全生产、指导地下工程施工具有重要的指导意义。

技术领域

本发明涉及岩石力学测量技术领域，特别涉及一种基于弯曲钻孔的孔底应力解除测量地应力的方法及装置。

背景技术

随着地下工程进入深部，诸多高地应力问题也都浮现出来，例如深部矿山采场失稳、巷道硐室岩爆、顶板垮塌以及岩爆等高地应力灾害频发不止。初始地应力的大小与方向对地下矿山的开采、深埋隧道的走向等地下工程的关键工序来说是至关重要的基础资料，能否在工程开挖前尽可能准确地测量地应力的大小和方向显得尤为重要，因此地应力的测量在数十年来蓬勃发展，产生了多种测量地应力的方法。其中以钻孔应力解除法应用得最为普遍，经过多年的实践应用，其测试技术已经发展得相当完善和成熟，但在工程实践中仍然存在着一定的局限性，在三维地应力场测量工作中显得尤其如此。

应力解除法是目前国内外普遍采用且发展较为成熟的地应力测量方法，其又分为孔底应力解除法、孔壁应变法与孔径变形法。其中孔壁应变法与孔径变形法对套孔岩芯的完整性有很高的要求，而孔底应力解除法采取岩芯较短，可用于较破碎岩体中，因此更适合在深部较为破碎的岩体中进行测量。但传统的孔底应力解除法中单一钻孔只能测得平面二维应力状态，若要测量三维状态下岩体中任意一点的应力状态则需要使用空间方位不同但交于一点的三个钻孔进行孔底应力解除法，但实际测量中往往费时费力且很难保证钻孔底交汇于适于测量部位，进而影响测量结果的准确性。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种操作简便可行、结果科学精确，可实际应用于地下工程岩体三维初始地应力测量中的方案。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于弯曲钻孔的孔底应力解除测量地应力的方法，具体包括如下步骤：

步骤一，在地下岩体中钻进直孔至原岩应力区；

步骤二，将孔底磨平处理；

步骤三，将探头粘贴至孔底岩面中心处；

步骤四，将仪器所有通道应变值清零后，进行应力解除作业，获得孔底应力解除的弹性恢复应变值，同时记录整个过程中的温度变化情况；

步骤五，在直孔内适当位置造斜并进行弯曲孔钻进，待该分叉孔的孔底岩面超出直孔钻进的应力调整影响范围后停止钻进，然后重复步骤二至四；

步骤六，在直孔内的同一位置向另一侧造斜并进行弯曲孔钻进，待该分叉孔的孔底岩面超出直孔钻进的应力调整影响范围后停止钻进，然后重复步骤二至四；

步骤七，利用孔底套钻出来的岩芯加工成标准岩石力学试件，通过单轴压缩试验测取其弹性参数，包括弹性模量及泊松比；

步骤八、根据现场记录的温度变化实测值，校正和消除探头因温度效应产生的附加应变值，获得分叉孔底处应力解除的最终解除应变值；

步骤九、利用空间上互不平行的三组孔底面上的最终解除应变值、弹性参数，结合弹性力学公式，建立方程组进行迭代求解，计算得出该测量点的三维地应力数据。

步骤一中在地下岩体巷道的侧墙或掌子面施工钻进近水平的直孔，使直孔保持3°～6°的仰角，钻孔深度达到原岩应力区。

步骤二中利用全断面金刚石磨平的钻头对水平孔孔底进行磨平，之后先用清水冲洗干净底面岩粉，再用高压风雾化的丙酮溶剂喷射冲洗去油去水、干燥。