一种基于应力花瓣图确定四分量钻孔应力变化的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于应力花瓣图确定四分量钻孔应力变化的方法，包括：获取四分量钻孔应变数据；对所述应变数据进行预处理；根据预处理后的应变数据计算钻孔应变的应力分量；根据所述应力分量计算第一平面主应力、第二平面主应力和主方向；根据所述第一平面主应力、第二平面主应力和主方向计算正应力；根据所述正应力绘制应力平面轨迹图；根据所述应力平面轨迹图判断四分量钻孔的正应力变化。本发明专利技术能够形象直观的反映应力在一定时间段内的变化情况。

【技术实现步骤摘要】
一种基于应力花瓣图确定四分量钻孔应力变化的方法
本专利技术涉及数据处理
，特别是涉及一种基于应力花瓣图确定四分量钻孔应力变化的方法。
技术介绍
在地应力测量工作中，一般应用应力椭圆和截面方向指示曲线的方法，但该方法存在如下缺陷：1、多条曲线，比较复杂；2、无法定量从图中读出任意位置应力大小；3、需要在截面方向指示曲线上增加+或者-号表示张应力或压应力；所以为了形象的表达钻孔应变计观测结果及其随时间的变化，GTSMTechnology提出了钻孔变形图示表达方法。他们的思路是把初始状态的钻孔用圆形表示，绘出变形以后各时刻的钻孔形状。但是由于实际钻孔变形极小，因此必须用夸大f倍的方式绘出，即在矢径方向上单位圆加上或减去f倍的钻孔在该方向上的微小变形量，表达钻孔的变形。这种图示方法，虽然可以看出主应变的方向和应变的主要特征，但难以给出精确的定量表达，而且应力张量三个分量随时间变化曲线图，很难直接看出是怎样的应力状态；主应力大小和方向随时间变化图，虽然显示了主应力大小和方向的变化，但是仍然不够形象直观。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于应力花瓣图确定四分量钻孔应力变化的方法，能够形象直观的反映应力在一定时间段内的变化情况。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于应力花瓣图确定四分量钻孔应力变化的方法，包括：获取四分量钻孔应变数据；对所述应变数据进行预处理；根据预处理后的应变数据计算钻孔应变的应力分量；根据所述应力分量计算第一平面主应力、第二平面主应力和主方向；根据所述第一平面主应力、第二平面主应力和主方向计算正应力；根据所述正应力绘制应力平面轨迹图；根据所述应力平面轨迹图判断四分量钻孔的正应力变化。可选的，所述对所述应变数据进行预处理，包括：对所述应变数据进行进行自洽分析；对自洽分析后的数据进行相对校正和绝对校正，得到预处理后的应变数据。可选的，通过平面应力原理计算钻孔应变的应力分量。可选的，采用最小二乘法公式计算第一平面主应力，其中，σ1为第一平面主应力，A、B为与各层力学性质和厚度有关的参数，E为岩体的杨氏模量，ΔεI为第一路应变分量，ΔεII为第二路应变分量，ΔεIII为第三路应变分量，ΔεIV为第四路应变分量。可选的，采用公式计算第二平面主应力，其中，σ2为第二平面主应力，A、B为与各层力学性质和厚度有关的参数，E为岩体的杨氏模量，ΔεI为第一路应变分量，ΔεII为第二路应变分量，ΔεIII为第三路应变分量，ΔεIV为第四路应变分量。可选的，采用公式计算主方向，其中，φ为主方向，θ为地磁方位与定义坐标系的夹角，ΔεI为第一路应变分量，ΔεII为第二路应变分量，ΔεIII为第三路应变分量，ΔεIV为第四路应变分量。可选的，采用公式σn＝σ1cos2(ψ-φ)+σ2sin2(ψ-φ)计算正应力，其中，σn为正应力，σ1为第一平面主应力，σ2为平第二平面主应力，φ为主方向，ψ为平面任一方向。可选的，所述根据所述正应力绘制应力平面轨迹图，包括：当σn>0时，绘制的轨迹为第一颜色；当σn<0时，绘制的轨迹为第二颜色。可选的，所述根据所述应力平面轨迹图判断四分量钻孔的正应力变化，包括：根据轨迹的颜色判断正应力的正负；根据轨迹图的矢径长短判断正应力的大小。可选的，在所述根据所述第一平面主应力、第二平面主应力和主方向计算正应力步骤之后，根据所述正应力绘制应力平面轨迹图步骤之前，还包括：获取应力参考零点。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术将四分量钻孔应变仪观测的数据通过应变花瓣图示法显示出来，能够形象直观的反映应力在一定时间段内的变化情况。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术基于应力花瓣图确定四分量钻孔应力变化的方法的流程图；图2为本专利技术实施例典型的应力花瓣图；(a)为非均匀压缩变形(最大、最小主应力均为400Pa应力、最大主应力方向为0°)(b)为非均匀压缩变形(最大、最小主应力均为-400Pa应力、最大主应力方向为0°)(c)纯剪切变形(最大主应力为400Pa应力、最小主应力为-400应力最大主应力方向为0°、二者绝对值相等)(d)最大主应力为400Pa应力、最小主应力为-200压应力、最大主应力45°的一般情况；图3为本专利技术实施例我国四分量钻孔应变仪元件布设示意图；图4为本专利技术实施例山西原平四分量钻孔应变台站观测到的地震曲线；图(a)为4:30-5:00钻孔应变观测曲线；图(b)为(a)中黑框部分观测曲线放大图，为4:4940”-4:4955”观测曲线；图5为本专利技术实施例取震前4:4940”作为应力0点，4:4945”时刻作为原始数据，绘制的十幅花瓣图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种基于应力花瓣图确定四分量钻孔应力变化的方法，能够形象直观的反映应力在一定时间段内的变化情况。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术基于应力花瓣图确定四分量钻孔应力变化的方法的流程图，如图1所示，一种基于应力花瓣图确定四分量钻孔应力变化的方法，包括：步骤101：获取四分量钻孔应变数据；步骤102：对所述应变数据进行预处理；步骤103：根据预处理后的应变数据计算钻孔应变的应力分量；步骤104：根据所述应力分量计算第一平面主应力、第二平面主应力和主方向；步骤105：根据所述第一平面主应力、第二平面主应力和主方向计算正应力；步骤106：根据所述正应力绘制应力平面轨迹图；步骤107：根据所述应力平面轨迹图判断四分量钻孔的正应力变化。其中，步骤102中对所述应变数据进行预处理，包括：对所述应变数据进行进行自洽分析；对自洽分析后的数据进行相对校正和绝对校正，得到预处理后的应变数据。步骤103中对预处理后的应变数据通过平面应力原理计算钻孔应变的应力分量，应变数据就是应变分量，应变分量除以杨氏模量就是应力分量。步骤104中采用最小二乘法公式计算第一平面主应力，其中，σ1为第一平面主应力，也就是平面最大主应力，对于考虑岩体和探头金属壁的两层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于应力花瓣图确定四分量钻孔应力变化的方法，其特征在于，包括：/n获取四分量钻孔应变数据；/n对所述应变数据进行预处理；/n根据预处理后的应变数据计算钻孔应变的应力分量；/n根据所述应力分量计算第一平面主应力、第二平面主应力和主方向；/n根据所述第一平面主应力、第二平面主应力和主方向计算正应力；/n根据所述正应力绘制应力平面轨迹图；/n根据所述应力平面轨迹图判断四分量钻孔的正应力变化。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于应力花瓣图确定四分量钻孔应力变化的方法，其特征在于，包括：
获取四分量钻孔应变数据；
对所述应变数据进行预处理；
根据预处理后的应变数据计算钻孔应变的应力分量；
根据所述应力分量计算第一平面主应力、第二平面主应力和主方向；
根据所述第一平面主应力、第二平面主应力和主方向计算正应力；
根据所述正应力绘制应力平面轨迹图；
根据所述应力平面轨迹图判断四分量钻孔的正应力变化。


2.根据权利要求1所述的基于应力花瓣图确定四分量钻孔应力变化的方法，其特征在于，所述对所述应变数据进行预处理，包括：
对所述应变数据进行进行自洽分析；
对自洽分析后的数据进行相对校正和绝对校正，得到预处理后的应变数据。


3.根据权利要求1所述的基于应力花瓣图确定四分量钻孔应力变化的方法，其特征在于，通过平面应力原理计算钻孔应变的应力分量。


4.根据权利要求1所述的基于应力花瓣图确定四分量钻孔应力变化的方法，其特征在于，采用最小二乘法公式计算第一平面主应力，其中，σ1为第一平面主应力，A、B为与各层力学性质和厚度有关的参数，E为岩体的杨氏模量，ΔεI为第一路应变分量，ΔεII为第二路应变分量，ΔεIII为第三路应变分量，ΔεIV为第四路应变分量。


5.根据权利要求1所述的基于应力花瓣图确定四分量钻孔应力变化的方法，其特征在于，采用公式计算第二平面主应力，其中，σ2为第二平面主应力，A、B为与各层力学性质和厚度有关的参数，E为岩体的杨氏模量，...

【专利技术属性】
技术研发人员：石耀霖，任天翔，
申请(专利权)人：中国科学院大学，中国地质科学院，
类型：发明
国别省市：北京;11