[发明专利]一种地应力大小和方向的确定方法

摘要

本发明公开了一种地应力大小和方向的确定方法，在测量应力的环氧树脂空心包体上沿圆周方向设置三个应变花，相邻应变花的夹角为120°，每个应变花上有四个应变片，每个应变花上的应变片依次旋转45°设置；造孔；洗孔；应力计的安装：空心包体定向送入测量孔内，让粘结剂充满应力计与岩石钻孔的空隙；应力解除：待粘结剂固化后，用金刚石钻头套钻解除，测试过程按解除深度采用应变仪记录解除过程的数据；本发明利用圆周方向上12个不同方向应变值，能够准确有效的计算出地应力和应力方向，为指导矿井施工提供了非常有效的帮助，进一步提高了矿井安全性。

主权项

一种地应力大小和方向的确定方法，其特征在于，包括应力采集和应力计算，所述应力采集包括以下步骤：(a)在测量应力的环氧树脂空心包体上沿圆周方向设置三个应变花，相邻应变花的夹角为120°，每个应变花上有四个应变片，每个应变花上的应变片依次旋转45°设置；(b)造孔：先用金刚石钻头开孔，钻进到预测孔深，再用钻头同心钻进测量孔，(c)洗孔：测量孔钻进完毕，观察岩芯的完整情况，若岩芯较为完整，且无大的节理裂隙面，则用清水冲洗，清除测量孔中的岩粉；如果岩芯不符合测试要求，则用130mm套芯，重复上一步的工作；(d)应力计的安装：空心包体定向送入测量孔内，让粘结剂充满应力计与岩石钻孔的空隙；(e)应力解除：待粘结剂固化后，用金刚石钻头套钻解除，测试过程按解除深度采用应变仪记录解除过程的数据；所述应力大小的计算方法如下：式中：ε_ij——第i个应变花第j个应变片测得的解除应变值，i＝1～3，j＝1～4，θ_i——第i个应变花对应的极角，——第i个应变花第j个应变片对应的角度，K_i——应变片的修正系数；其中：$K_1=d_1(1-v_1{v}_2)(1-{2v}_1+\frac{R_1^2}{{\mathrm{\ρ}}^2})+v_1{v}_2$$K_2=(1-v_1)d_2{\mathrm{\ρ}}^2+d_3+v_1\frac{d_4}{{\mathrm{\ρ}}^2}+\frac{d_5}{{\mathrm{\ρ}}^4}$$K_3=d_6(1+\frac{R_1^2}{{\mathrm{\ρ}}^2})$$d_1=\frac{1}{1-{2v}_1+m^2+n(1-m^2)}$$d_2=\frac{12(1-n)m^2(1-m^2)}{R_2^{2}D}$$d_3=\frac{1}{D}[m^4(4m^2-3)(1-n)+x_1+n]$$d_4=\frac{-{4R}_1^2}{D}[m^6(1-n)+x_1+n]$$d_5=\frac{{3R}_1^2}{D}[m^4(1-n)+x_1+n]$$d_6=\frac{1}{1+m^2+n(1-m^2)}$$n=\frac{G_1}{G_2}$$m=\frac{R_1}{R_2}$$\begin{array}{c}D=(1+x_{2}n)[x_1+n+(1-n)({3m}^2-{6m}^4+{4m}^6)]\\ +(x_1-x_{2}n)m^2[(1-n)m^6+x_1+n]\end{array}$x₁＝3‑4v₁x₂＝3‑4v₂R₁为空心包体内半径；R₂为测量孔的半径；G₁、G₂分别为包体材料环氧树脂和岩石的剪切模量；v₁、v₂分别为空心包体材料和岩石的泊松比；ρ为应变片在空心包体中的径向距离。