[发明专利]一种极高应力条件下岩体地应力的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩体地应力的测量方法，更具体涉及一种极高地应力条件下岩体地应力的测量方法，它适用于深部或极高地应力地下工程中采用应力解除设备测量岩体地应力。

背景技术

目前，我国西部水电开发、南水北调工程、石油/天然气开采、战略能源储存、放射性废料与CO₂的地下封存、地下军工掩体工程等，都涉及深部岩体的极高地应力问题(据我国《工程岩体分级标准》，当岩石的饱和单轴抗压强度与岩体地应力值小于4时即为极高地应力)，如位于四川的锦屏二级水电站引水隧洞2500m埋深处最大初始地应力约60～70MPa；正在开采的金川镍矿深部采场地应力达50MPa；拟建的南水北调西线工程中埋深约1700m的巴彦格拉山隧洞最大初始地应力估计达到50MPa。这种深部地下工程岩体中极高地应力导致的工程灾害也是十分突出的，如二滩水电站地下厂房修建过程中就因高地应力卸荷导致多根岩体锚索突然断裂；锦屏二级水电站排水隧洞因极高地应力诱发强烈岩爆不仅导致了多次机械设备的损毁，还致使价值过亿的TBM掘进机被掩埋。为避免和减小极高地应力下岩体破坏灾害，准确地获得深部工程岩体极高初始地应力的数值是这些地下工程安全设计中最基础和最重要的工作。

然而，目前国际岩石力学学会建议的两种岩体地应力测量设备都无法进行极高地应力条件下的岩体地应力测量。这是因为：

(1)方法之一的应力解除设备在解除应力作业时，其极高的地应力导致其解除的空心岩筒环状开裂或龟裂破坏，因而应力测量设备的传感器无法准确地量测到空心岩筒在应力卸载过程中的径向变形，从而无法有效地获得岩体的地应力。

(2)方法之二的水压致裂设备在岩体地应力测量时，由于钻孔测量段密封堵头在高压力下防渗困难，无法在钻孔内形成大于岩体的初始最小主应力的稳定钻孔水压(数百个大气压)，从而因无法劈裂孔壁岩体或因堵头渗水严重导致不能有效地测量岩体地应力。

此外，其它一些探索性的地应力测量设备或方法，如孔壁破裂特征分析法、岩芯饼化反分析法、变形恢复设备与方法等，仅能对岩体的地应力量级进行大体估计，无法确切地测量到岩体的真实应力值，从而未能被广大研究者和工程师采纳。

可见，借助现有成熟的岩体应力测量设备，开发出一种可实现极高岩体条件下工程岩体地应力的测量方法，具有显著的现实意义和工程需求。

发明内容

针对上述存在问题，本发明的目的在于提供一种在极高应力条件下岩体地应力测量方法，旨在克服当前应力解除设备不能应用于极高应力条件的局限性，确保应力解除设备可以在极高应力条件下准确地量测岩体地应力。

为了上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种极高应力条件下岩体地应力的测量方法，所述测量方法的具体步骤包括，

A在已经开挖用于岩体地应力测量的工作隧洞内选取测量区域，所选取的测量区域边界线为圆形，测量区域边界线的直径D₁为1.0～1.5m；

B在测量区域的中心位置垂直测量区域表面钻设测量小孔，在测量小孔内放置岩体地应力测量的变形传感器并通过数据线与变形记录仪连接，沿测量区域边界线钻设一组垂直测量区域表面的周边应力释放孔，周边应力释放孔的孔径D₂为50～130mm，周边应力释放孔的长度比测量小孔的长度长1.0～1.5m，周边应力释放孔的数量N按公式(a)计算，

N=Int(3.14·D1D2·η)---(a)]]>

公式(a)中，Int为取整符号，η为经验系数，取0.8～0.9，周边应力释放孔钻设完成后读取变形记录仪测量到的变形传感器每个触头的实际数值然后将变形记录仪的测量值归零；