[发明专利]一种获取水压致裂测地应力的误差的装置及试验方法

权利要求书

1.一种获取水压致裂测地应力误差的装置的试验方法，所述装置包括装置主体(1)和位于装置主体(1)顶部的顶部盖板(2)，所述装置主体(1)内开设有用于放置岩样(3)的岩样放置区(6)，岩样(3)与装置主体(1)内壁之间开设有用于灌注自膨胀材料的荷载区(5)；所述装置主体(1)顶部两侧与角钢滑槽(4)底部固定连接，所述角钢滑槽(4)顶部与顶部盖板(2)滑动配合；所述荷载区(5)包括竖向荷载区(7)、侧向荷载a区(8)、侧向荷载b区(9)、侧向荷载c区(10)和侧向荷载d区(11)，所述竖向荷载区(7)位于装置主体(1)底部，所述侧向荷载a区(8)、侧向荷载b区(9)、侧向荷载c区(10)和侧向荷载d区(11)分别位于装置主体(1)四个内侧壁；其特征在于：它包括如下步骤：

步骤1)：组装：将调配好的自膨胀材料c灌注到竖向荷载区(7)内，灌注顶部表面与钢片(12)平齐，将岩样(3)放置到岩样放置区(6)内，岩样(3)底部与钢片(12)接触，将调配好的自膨胀材料a灌注到侧向荷载a区(8)和侧向荷载c区(10)内，将调配好的自膨胀材料b灌注到侧向荷载b区(9)和侧向荷载d区(11)内，将花岗岩质封堵块(15)放置到预钻孔(13)内之后，将顶部盖板(2)推入角钢滑槽(4)内；

步骤2)：监测：组装完毕后，开始监测压力传感器(16)的数据，待监测压力稳定后，分别记录竖向荷载区(7)的竖向应力σ_v、侧向荷载a区(8)和侧向荷载c区(10)的平均侧向应力σ₁、侧向荷载b区(9)和侧向荷载d区(11)的平均侧向应力σ₂；

步骤3)：钻孔：从花岗岩质封堵块(15)顶部向下钻孔，直至将岩样(3)贯穿，并取出残渣；分别记录钻孔后的竖向荷载区(7)的竖向应力σ_v＇、侧向荷载a区(8)和侧向荷载c区(10)的平均侧向应力σ₁＇、侧向荷载b区(9)和侧向荷载d区(11)的平均侧向应力σ₂＇；

步骤4)：水压致裂法测应力：在钻好的孔洞中进行一维水压致裂试验，测取水平向最大主应力σ_Hmax和水平向最小主应力σ_Hmin；假设三种自膨胀材料中的氧化钙含量从高到低依次排序为：自膨胀材料a＞自膨胀材料c＞自膨胀材料b，即水平向最大主应力σ_Hmax方向与自膨胀材料a产生的平均侧向应力σ₁方向一致，水平向最小主应力σ_Hmin方向与自膨胀材料b产生的平均侧向应力σ₂方向一致；

步骤5)：获取误差：根据步骤2)至步骤4)获取的应力，水压致裂法测地应力的误差表达式为：

式中Δ_i为测量总误差，Δ_i钻为钻孔误差，σ_i为钻孔前的初始平均侧向应力，σ_i＇为钻孔后的平均侧向应力，σ_v为钻孔前的初始竖向应力，σ_v＇为钻孔后的竖向应力，δ为竖向影响系数，Δ_i裂为起裂误差。

2.根据权利要求1所述的一种获取水压致裂测地应力误差的装置的试验方法，其特征在于：所述岩样放置区(6)处于荷载区(5)中部，所述岩样放置区(6)与竖向荷载区(7)之间布置有用于搁置岩样(3)的钢片(12)。

3.根据权利要求1所述的一种获取水压致裂测地应力误差的装置的试验方法，其特征在于：所述自膨胀材料包括氧化钙、生石膏、细砂、高铝水泥和水。

4.根据权利要求3所述的一种获取水压致裂测地应力误差的装置的试验方法，其特征在于：所述自膨胀材料根据内部氧化钙含量的不同分为自膨胀材料a、自膨胀材料b、自膨胀材料c；所述竖向荷载区(7)内灌注自膨胀材料c；所述侧向荷载a区(8)和侧向荷载c区(10)内灌注自膨胀材料a；所述侧向荷载b区(9)和侧向荷载d区(11)内灌注自膨胀材料b。

5.根据权利要求1所述的一种获取水压致裂测地应力误差的装置的试验方法，其特征在于：所述顶部盖板(2)顶面开设有预钻孔(13)和穿线孔(14)。