[发明专利]深部高应力岩石滞弹性应变恢复监测装置及方法

说明书

本发明涉及原地应力测试技术领域，提供了一种深部高应力岩石滞弹性应变恢复监测装置及方法，该装置包括变形监测系统、声学监测系统、恒温恒湿系统、信息采集及处理系统。本发明克服了传统监测仅测量岩石应变的固有思路，将应变监测和声发射监测结合起来，通过测量深部地层原位定向岩芯的滞弹性微应变恢复量，并且利用声学监测系统监测岩芯声发射(能量)和波速场演化，从而可以计算得到岩芯所处地层地应力场三个主应力方向，并研究原地应力下的岩石卸荷后依赖于时间的蠕变机理；本发明装置结构新颖、简单、合理，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及原地应力测试技术领域，特别涉及一种深部高应力岩石滞弹性应变恢复监测装置及方法。

背景技术

随着国民经济的快速发展，浅部矿产资源日益枯竭，矿产资源的开发不断向深部延伸，并且突显得越来越加紧迫。开展深地科学实验，开拓民用地下空间、构筑重要军事设施，更是现代科技、经济、军事发展的现实需求。

地应力的精准测量是深部矿产资源开发和深部地下工程建设面临的重大科技问题，地应力是诱发深部竖井、巷道、硐室等构筑物变形和失稳破坏的根本作用力。因此，开展地应力的精准测量是进行深部地下工程围岩稳定性分析，实现深部地下工程开挖优化设计和决策科学化的必要前提。地应力的测试对地震预报、区域地壳稳定性评价、深部采矿设计与安全、核废料地质封存、油气井稳定的深入研究以及地球动力学的研究具有重要科学意义和现实需求。

发明内容

本发明的目的就是解决现有技术的不足，提供了一种深部高应力岩石滞弹性应变恢复监测装置及方法。

本发明装置的原理如下：

本发明系统是基于岩石卸荷后依赖于时间的滞弹性恢复变形(流变学特性)的理论基础。当对岩石施加载荷时，立即产生弹性变形，然后在恒定载荷作用下产生蠕变；当载荷卸去时，弹性恢复瞬间完成，进而发生滞弹性恢复，并且滞弹性恢复应变正比于总恢复应变(包括弹性和滞弹性应变)，进而对于各向同性具有流变特性的岩石，滞弹性应变的恢复量与卸载之前的载荷量(原地应力)有关。因而可以由岩芯的滞弹性应变恢复量确定原地应力的方向，利用滞弹性恢复应变和岩石的滞弹性应变恢复柔量估算原地应力的大小。

本发明采用如下技术方案：

一种深部高应力岩石滞弹性应变恢复监测装置，包括变形监测系统、声学监测系统、恒温恒湿系统、信息采集及处理系统；

所述变形监测系统，用于对岩石试样的多方向变形进行测量；

所述声学监测系统，用于对在滞弹性应变恢复过程中岩石试样内部的声信号进行采集；

所述恒温恒湿系统，用于为岩石试样提供恒温恒湿的试验环境；

所述信息采集及处理系统，采集并处理所述变形监测系统、声学监测系统、恒温恒湿系统的反馈信号，得出岩石试样所处地层地应力场的主应力大小、方向、及岩石卸载后的蠕变机理。

进一步的，所述变形监测系统包括LVDT固定装置、LVDT微应变传感器；

所述LVDT固定装置设置在岩石试样周围，在岩石试样四周与水平方向夹角为设定角度的方向形成多个传感器通道，所述传感器通道的数量不少于6个；所述传感器通道内放置所述LVDT微应变传感器与第一声发射探头，所述LVDT传感器与岩石试样接触并固定。

进一步的，所述设定夹角为-45°、0°、45°、90°，或-60°、0°、60°、120°。

进一步的，所述声学监测系统包括设置在所述传感器通道内的多个第一声发射探头、及设置在岩石试样两端的2个第二声发射探头。