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地應(yīng)力解除法地應(yīng)力測量原理及技術(shù)之空心包體地應(yīng)力測量原理

更新時間:2021-03-02      點擊次數(shù):2462

地應(yīng)力解除法地應(yīng)力測量原理及技術(shù)之空心包體地應(yīng)力測量原理

圖1   一點的應(yīng)力狀態(tài)(六個應(yīng)力分量) 

現(xiàn)場測量原始地應(yīng)力,就是通過現(xiàn)場測試確定巖體的三維應(yīng)力狀態(tài)。巖體中一點的應(yīng)力狀態(tài)可由選定坐標(biāo)系中的六個分量s x ,s y ,s z ,t xy ,t yz ,t zx ) 表示,一般情況下,地應(yīng)力的六個應(yīng)力分量是非零的,處于相對靜止的平衡狀態(tài),無法直接得知。因此,任何一種實測方法都是通過擾動(通常的方法是打鉆孔,打破原有狀態(tài),在從一種平衡狀態(tài)到新的平衡狀態(tài)的過程中,通過對應(yīng)力效應(yīng)的間接測量來實現(xiàn)。

力或應(yīng)力物理效應(yīng)是產(chǎn)生應(yīng)變和位移??梢酝ㄟ^應(yīng)變和位移傳感器將巖體應(yīng)變和位移的變化記錄下來,取得測量數(shù)據(jù)。根據(jù)巖石的本構(gòu)關(guān)系即應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系,建立相應(yīng)的力學(xué)計算模型,由觀測到的應(yīng)變或位移,就能計算出地應(yīng)力的六個分量或者三個主應(yīng)力的大小和方向。

由此可見,現(xiàn)場地應(yīng)力測量過程,本質(zhì)上是應(yīng)變或位移的測量過程。只要具備精巧、完備測量儀器和測試技術(shù),就可保障應(yīng)變和位移獲得,而地應(yīng)力結(jié)果的準(zhǔn)確獲得不僅要靠實測應(yīng)變數(shù)據(jù)的可靠,還有賴于力學(xué)模型,以及由此推演的地應(yīng)力分量的解算公式是否正確。因為地應(yīng)力值要根據(jù)實測應(yīng)變值,通過巖石的本構(gòu)關(guān)系計算求得。

應(yīng)力解除技術(shù),是改變巖體應(yīng)力狀態(tài),使巖體產(chǎn)生應(yīng)變響應(yīng)的簡捷方法。所謂鉆孔應(yīng)力解除技術(shù),就是將一段巖石通過取芯(套芯技術(shù))從周圍巖體施加給它的應(yīng)力場內(nèi)隔離開來的方法。

設(shè)地下某一點的應(yīng)力為s x ,s y ,s z ,t xy ,t yz ,t zx ,主應(yīng)力大小為s 1,s 2,s 3 ,與大地坐標(biāo)系 XYZ 關(guān)系用 9 個方向余弦或 9 個夾角值可以*確定。但在實測中,鉆孔與巖層、與大地坐標(biāo)總會呈某一角度(仰角或俯角。設(shè) xyz 為鉆孔坐標(biāo)系,在該坐標(biāo)系下的地應(yīng)力是實測地應(yīng)力。由此,只要有了兩套坐標(biāo)系的相對關(guān)系和實測地應(yīng)力的的全部分量,通過坐標(biāo)變換就可得到 XYZ 坐標(biāo)下的應(yīng)力分量,并由此求得主應(yīng)力的大小和方向。由空心包體應(yīng)變計所測量應(yīng)力解除過程中應(yīng)變數(shù)據(jù)計算地應(yīng)力的公式為:

式中:ε θ ,ε z ,γ θz 分別是空心包體應(yīng)變計所測周向應(yīng)變、軸向應(yīng)變和剪切應(yīng)變值。
K 系數(shù)計算公式
式中: R1為空心包體內(nèi)半徑;
R2為安裝小孔半徑;
G1 ,G2 分別為空心包體材料環(huán)氧樹脂和巖石的剪切模量;
ν 1,ν 2 分別為空心包體材料環(huán)氧樹脂和巖石的泊松比;
ρ 為電阻應(yīng)變片在空心包體中的徑向距離
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