[发明专利]挤压性围岩地应力与变形潜势评价方法及测试装置

说明书

本发明提出了一种挤压性围岩地应力与变形潜势评价方法及测试装置，属于工程岩体稳定性检测技术领域，其包括弧形面板、多棱柱体、千斤顶、压力传感器、激光测距仪以及垫板；千斤顶是以多棱柱体为中心设置在多棱柱体的侧壁上并以多棱柱体中心为中心点沿径向向外延伸，千斤顶的伸缩端依次设置有压力传感器、垫板以及弧形面板。本发明的测试装置可以适应不同的地应力水平和变形等级的围岩状况，适用范围广，该装置结构简单，可以重复利用；本发明测试装置的各个方向的弧形面板互不影响，各个方向的应力准确性较高。

技术领域

本发明属于工程岩体稳定性检测技术领域，具体涉及一种挤压性围岩地应力与变形潜势评价方法及测试装置。

背景技术

在未来的铁路建设过程中，不良地质问题突出，(1)沿途地处欧亚板块与印度洋板块碰撞隆升形成的板块缝合带，构造地质作用强烈，高地应力岩爆和大变形问题突出；(2)地处地中海-喜马拉雅地热带，热泉(水)沿深大断裂带出露，隧道高地热问题突出；(3)深大活动断裂密集发育，构造运动活跃，多条断裂带来高烈度地震及隧道断层大位移蠕滑问题，尤其全新世活动断裂对隧道影响最大。

随着隧道及地下工程的不断发展，越来越多的交通线路会涉及到隧道的修建。当在修建隧道时，对隧道选址处的岩体特别是构造活动较强烈及地形起伏复杂的地区的岩体地应力的测定就显得尤为关键。隧道具有结构安全要求高、轨道沉降精度控制高、社会关注度大和影响范围广等特点。而对于在构造活动较强烈及地形起伏复杂的地区，地质构造复杂、岩体风化破碎、新构造运动活跃、地震频发。在此类岩体环境下，岩体破碎严重，而传统的地应力测试方法对岩体的完整性要求较高，因此，发明一种对于破碎围岩地应力的测试装置与使用方法就显得格外重要。

目前主要测量方法有数十种之多，而对测量方法的分类没有统一的标准。针对测量的基本原理，可将测量方法分为间接测量和直接测量两大类。间接测量法是借助某些传感元件或某些介质，测量和记录岩体中某些与应力有关的间接物理量的变化，如岩体中的变形或应变、岩体的密度、渗透性、吸水性、电阻、电容的变化，通过已知的公式，计算岩体中的应力值。常见的间接测量法包括：应力解除法、孔径变形法、孔壁应变法、空心包体法等。其中套孔应力解除法是目前国内外最普遍采用的、发展较为成熟的一种地应力测量方法。但是套孔应力解除法仅适用于矿山中的现有巷道和硐室，测量地点局限，运用上也存在一些技术上的困难。直接测量法是由测量仪器直接测量和记录各种应力量，如补偿应力、恢复应力、平衡应力，并由这些应力量和原岩应力的相互关系，通过计算获得原岩应力值。扁千斤顶2法、水压致裂法、刚性包体应力计法和声发射法均属直接测量法。其中，水压致裂法是在目前应用最为广泛的方法。但是水压致裂法技术复杂，且是一种应力估算方法，测得的主应力方向不准，另外对岩体的完整性要求较高，对于岩体破碎地带，会因为岩体透水而使测量结果产生较大误差。

发明内容

为了克服现有技术中对破碎围岩地应力测试技术所存在的不足，本发明提供了一种挤压性围岩地应力与变形潜势评价方法，通过简单的测试方法确定出挤压性围岩地应力和变形潜势判定，为支护结构等级和参数以及预留变形量等设计提供参考。

同时，本发明提供了一种可用于上述挤压性围岩地应力与变形潜势评价方法的测试装置，设计结构简单、测试结果准确、制造成本较低。

本发明所采用的技术方案是：

一种挤压性围岩地应力与变形潜势评价方法，其包括以下步骤：

(1)利用激光测距仪6测出沿钻孔径向延伸并顶在钻孔壁的千斤顶2的位移初始值，记为u_0-0；

(2)放开千斤顶2，使千斤顶2自由变形，记录变形过程的位移值，记为u₀，待孔径收缩变形结束，记录最大变形值u_0-max和孔径收缩变形时间n，计算孔径的平均收缩速率v(mm/d)；

v＝1/n∑v_i