[发明专利]一种局部壁面应力解除法仪器室内实验平台及其测量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩土力学测量技术领域，具体地，涉及一种局部壁面应力解除 法仪器室内实验平台及进行钻孔局部壁面应力解除法测量的方法。

背景技术

页岩气是一种蕴藏丰富、清洁高效的非常规天然气资源。针对当前页岩气 勘查开发在区域上尚未取得规模突破的现状，开展科技攻关和勘查示范，促进 多领域、多类型页岩气勘查开发重大突破，推动页岩气储量探明和产能建设， 为完成国家页岩气规划目标提供资源基础和技术保障。不仅与开采页岩气紧密 相关，深部地应力测量与研究，以及垂直深钻孔地应力测量新方法、新技术的 发展和新仪器的研制与地应力长期监测也是研究地震学、地震发生机制和地震 预报方面极其重要的研究课题。因此，研究地壳上层这些部位的岩体初始地应 力状态，研制具有独立自主知识产权和最先进原理的、可用于垂直深钻孔的地 应力测井专用装置实在是国家的急需，也是为了追求深钻孔地应力测量方面达 到世界领先的宏伟目标的需要。

岩石介质有别于其他材料的重要特性之一就是在其内部赋存有内应力，这 主要是由岩体自重和地质历史上地壳构造运动引起并残留至今的构造应力等多 种因素导致的。地应力是对岩体中存在的内应力的统称，工程岩体的这种力学 状态不仅是客观存在的，而且其大小和方向也是因地而异的。地应力测量与研 究及其应用已遍及水利水电、矿业工程、油气资源开采、交通行业等诸领域内 的岩石工程设计和稳定性评价工作，可以说，地应力是岩石力学与工程设计和 计算分析必不可少的基本数据资料之一。国内外针对未受工程扰动区影响的原 位初始地应力状态的测量方法及其相关测试技术的研究已有80余年的历史，在 已提出的众多地应力测量方法中，在岩石力学与工程领域里尤以钻孔应力解除 法的应用最为普遍，其测试技术发展得也相对比较成熟和完善。尽管如此，钻 孔应力解除法地应力测量方法本身实际应用过程中仍然存在着一定的局限性， 特别是在三维地应力测量方面尤为如此。

发明内容

本发明的目的是提供一种局部壁面应力解除法仪器室内实验平台及进行钻 孔局部壁面应力解除法测量的方法，该方法能够确保测点的地应力测量工作在 相对较小的岩体范围内完成，避免因岩体性质的非均质性要素对测量结果的影 响，提高了测试成果的可靠性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种局部壁面应力解除法仪器室内实验 平台，所述局部壁面应力解除法仪器室内实验平台包括基座和垂直固定于所述 基座上的框架，所述框架的内顶壁固定有第一平衡垫块，所述框架的内底壁固 定有千斤顶，所述千斤顶的上端固定有第二平衡垫块，待测岩体通过所述第一 平衡垫块和第二平衡垫块夹紧，所述框架的侧壁上还可拆卸地固定有沿竖直方 式设置的套筒，所述套筒的侧壁设置有通孔，所述通孔与所述待测岩体位置相 对应，所述套筒内设置有地应力机器人设备。

优选地，所述框架包括分别垂直固定在所述基座上的两个纵梁，两个所述 纵梁的上端和两个所述纵梁的下端分别通过横梁连接，所述第一平衡垫块固定 在位于上方的所述横梁的下表面，所述千斤顶固定在位于下方的所述横梁的上 表面。

优选地，所述纵梁上可拆卸地固定有沿水平方向设置的支架，所述套筒的 下端固定有托架，所述托架可拆卸地固定在所述支架上。

优选地，所述支架和所述纵梁通过螺丝连接，所述托架和所述支架通过螺 丝连接。

优选地，所述纵梁表面自上而下设置有多个螺纹孔，所述支架通过螺丝固 定在所述螺纹孔上。

优选地，所述第一平衡垫块为矩形块结构，所述第二平衡垫块由自上而下 顺次连接的矩形块结构和圆柱体组成。

本发明还提供了一种利用上述的局部壁面应力解除法仪器室内实验平台进 行钻孔局部壁面应力解除法测量的方法，所述方法包括：

1)将地应力机器人设备放入套筒中，将待测岩体放置在第一平衡垫块和第 二平衡垫块之间，并通过千斤顶夹紧；

2)通过地应力机器人设备对待测岩体的侧边进行磨平；

3)在磨平后的待测岩体的侧边上选择直径为30-40mm的圆形面，并在圆形 面上粘接四分量应变丛，每个四分量应变丛的应变片相互呈45°角；

4)待四分量应变丛固结后，利用地应力机器人设备沿上述圆形面进行环切 钻进作业，钻孔的深度为40-60mm，通过与四分量应变丛相连的应变仪进行数 据记录；

5)待孔壁壁面变形稳定后停止环切钻进作业，在钻孔的孔底的侧壁上布置 1-2组应变丛，通过与应变丛相连的应变仪进行数据记录。