【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地应力测试，尤其涉及一种区域岩体地应力的反演测量方法。
技术介绍
1、随着我国经济的快速发展和人民生产生活的需要，岩石工程建设得到了蓬勃发展，以致开挖规模和深度越来越大。在深部高地应力和复杂地质条件下，巷(隧)道中极易发生岩爆、板裂、突水突泥、围岩大变形等灾害。岩体之所以发生变形、破坏、冲击、失稳，其本质原因是地下开采或开挖活动破坏了原岩应力平衡状态，造成局部区域出现高应力集中或瞬态卸荷。可见，地应力是岩石灾变发生的源动力。为了掌握岩石灾害发生机理和控制技术，有必要弄清岩石工程活动前的初始地应力状态，继而为岩石巷(隧)道工程布置和支护设计提供科学依据。
2、目前，矿山工程和交通隧道工程中岩体地应力测量应用较多的方法为应力解除法、水力压裂法和声发射法。应力解除法原理是在巷隧工程中朝原岩区先钻凿一定深度的大直径钻孔，然后换钻杆和钻头再同轴钻一定深度的小直径钻孔并在孔壁粘贴应变片，随后再换大直径的套芯钻头对带小孔岩芯钻取进行应力解除，使岩芯的变形发生弹性恢复，并测出岩芯筒的弹性恢复应变；基于弹性恢复应变和岩石弹性常数(围压率定实验测量岩芯筒)求解岩体三维地应力。水压致裂法假定地应力的主应力之一为竖直方向的自重应力，另外两个主应力方向为水平方向；通过把高压水泵入到由封隔器隔开的钻孔试验段原岩岩体中使孔壁开裂，根据弹性力学理论和印模器或井下电视观测破裂方位可求得水平面内的最大、最小主应力的大小和方向。声发射法是基于岩石的“记忆”功能，通过开展单轴压缩实验，当轴向应力达到岩芯历史上承受的地应力大小时会出现凯瑟效应，
3、因此，亟需专利技术一种操作方便、精度可靠的地应力测量方法，来实现岩石工程三维地应力大小和方向快速准确获取的目的。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种区域岩体地应力的反演测量方法，其中首先认定竖直方向的自重应力σz∞为主应力之一，利用区域岩体中主要构造形迹的分布特征确定水平构造应力(最大和最小水平主应力)方向；然后，在现有或新建平行于和垂直于构造延展方向的两条毗邻巷道中分别进行地应力第一测站和第二测站等测站的布置。通过在两巷道帮部或顶板中心朝围岩松动圈垂直钻凿一定深度和孔径的水平/垂直钻孔中布置的三维应力传感器来监测两孔底处的三个开挖应力分量(σx1,σy1,σz1)和(σx2,σy2,σz2)，基于两测点孔底处的其中两个开挖应力分量(σx1,σz1)和(σy2,σz2)的大小按照平面复变函数反演解法反推计算两巷道的远场应力分量(σh∞和σv∞)，即(σx1∞,σz1∞)和(σy2∞,σz2∞)。最后，修正两测点远场应力分量，修正后的远场应力分量(σx1∞(σz1∞+σz2∞)/2σz1∞,σy2∞(σz1∞+σz2∞)/2σz2∞,(σz1∞+σz2∞)/2)即为该区域岩体的地应力大小，应力分量方向分别平行构造延伸方向、垂直构造延伸方向及竖直方向。
2、本专利技术的方案是：
3、一种区域岩体地应力的反演测量方法，其特征在于，包括下列步骤：
4、s1、分析待测区域地质构造特征，确定地应力分量方向
5、分析区域岩体内主要构造的分布特征，获得地质构造的平均延展方向，即最小水平应力的方向；获得地质构造的垂直延展方向，垂直延展方向为最大水平主应力方向；
6、s2、布置地应力测站，测定巷道围岩松动圈厚度
7、在平行于与垂直于构造延展方向的两条毗邻的巷道中分别进行地应力测站的布置，两个垂直交叉的巷道中分别设置的地应力测站数量≥1，每个所述地应力测站沿巷道环向钻凿若干松动圈测孔，采用钻孔电视测定两巷道围岩松动圈范围，确定巷道围岩松动圈厚度；
8、s3、钻凿监测钻孔，测量巷道开挖应力分量
9、在两条毗邻的巷道中分别朝围岩松动圈内钻凿深度与孔径及标高相同的钻孔，所述钻孔位于巷道帮部腰线处与巷道顶板中心处其中的一种或两种；根据xyz坐标系朝向借助接长套管在钻孔中定向安装三维地应力传感器并引线后进行封堵，监测钻孔底处的开挖应力分量(σx1,σy1,σz1)与(σx2,σy2,σz2)；
10、s4、反演计算巷道远场应力
11、在钻孔底开挖应力分量监测数据稳定的基础上，根据两条毗邻的巷道断面形状与尺寸及钻孔参数，基于平面应变假设采用复变函数反演解法由两组开挖应力分量(σx1,σz1)与(σy2，σz2)反演计算两条毗邻的巷道相应的远场应力分量(σh∞,σv∞)；即(σx1∞,σz1∞)与(σy2∞,σz2∞)；
12、s5、修正区域岩体地应力
13、考虑两地应力测点结果可能存在离散型，按照加权比例法修正两测点远场应力分量，修正后的远场应力分量为{σx1∞(σz1∞+σz2∞)/2σz1∞,σy2∞(σz1∞+σz2∞)/2σz2∞,(σz1∞+σz2∞)/2}，即为该区域岩体的地应力大小，应力分量方向分别平行构造延伸方向、垂直构造延伸方向及竖直方向。
14、s2中两个毗邻的巷道中每个巷道内均布置1个数量以上的测站，每个测站均钻凿一个以上钻孔，即两个毗邻的巷道中钻孔类型相同，巷道类型包括水平钻孔与垂直钻孔中一种或两种；即两个毗邻的巷道中一个巷道内钻水平钻孔，另一个巷道同样钻水平钻孔；当一个巷道内钻竖直钻孔，另一个巷道内也钻竖直孔；当一个巷道既钻水平钻孔也有竖直钻孔，那么另一个巷道也钻水平钻孔和竖直钻孔。巷道内钻孔的数量≥1。
15、作为优选的技术方案，所述地质构造为褶皱与断层中的一种或两种；当所述地质构造为褶皱，所述延展方向为褶皱的轴线方向；当所述地质构造为断层，所述延展方向为断层的走向；当所述地质构造包括褶皱与断层，所述延展方向包括褶皱的轴线方向与断层的走向。
16、作为优选的技术方案，所述两条毗邻的巷道垂直交叉布置，巷道断面形状为圆形、直墙拱形、三心拱形、梯形与矩形中一种，两条毗邻的巷道断面与尺寸相同，两条毗邻的巷道中的地应力测点的直线距离不超过50m；两个垂直交叉的巷道中分别设置的地应力测站为第一测站与第二测站，两个毗邻的巷道中地应力测站的钻孔类型相同，所述钻孔类型包括水平钻孔与竖直钻孔中一种或两种，钻凿的钻孔形成地应力测点；所述第一测站与第二测站的地应力测点数量分别≥1个，分别根据第一测站与第二测站任意一地应力测点均可反演区域岩体远场应力分量，反演方法类同。
17、作为优选的技术方案，所述第一测站与第二测站的地应力测点数量分别为两个，第一测站的两个地应力测点的钻孔类型为水平钻孔或竖直钻孔；第二测站的两个地应力测点的钻孔类型为水平钻孔或竖直钻孔。
18、作为优选的技术方案，所述巷道帮部本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种区域岩体地应力的反演测量方法，其特征在于，包括下列步骤：
2.如权利要求1所述的一种区域岩体地应力的反演测量方法，其特征在于：所述地质构造为褶皱与断层中的一种或两种；当所述地质构造为褶皱，所述延展方向为褶皱的轴线方向；当所述地质构造为断层，所述延展方向为断层的走向；当所述地质构造包括褶皱与断层，所述延展方向包括褶皱的轴线方向与断层的走向。
3.如权利要求1所述的一种区域岩体地应力的反演测量方法，其特征在于：所述两条毗邻的巷道垂直交叉布置，巷道断面形状为圆形、直墙拱形、三心拱形、梯形与矩形中一种，两条毗邻的巷道断面与尺寸相同，两条毗邻的巷道中的地应力测点的直线距离不超过50m；两个垂直交叉的巷道中分别设置的地应力测站为第一测站与第二测站，两个毗邻的巷道中地应力测站的钻孔类型相同，所述钻孔类型包括水平钻孔与竖直钻孔中一种或两种，钻凿的钻孔形成地应力测点；所述第一测站与第二测站的地应力测点数量分别≥1个，分别根据第一测站与第二测站任意一地应力测点均可反演区域岩体远场应力分量，反演方法类同。
4.如权利要求3所述的一种区域岩体地应力的反演测量方
5.如权利要求1所述的一种区域岩体地应力的反演测量方法，其特征在于：所述巷道帮部钻凿的水平钻孔位于距底板高1.5～2.5m的腰线处，垂直钻孔则在顶板中心，钻凿的钻孔孔径40～90mm，钻孔的孔深不超过松动圈厚度，孔深为1.0～3.0m；套管通过螺纹连接，每节套管长0.8～1.5m，直径40～65mm；三维地应力传感器为圆柱形，三维地应力传感器长度30～60cm，三维地应力传感器直径与套管直径相等并螺纹连接在套管头部，三维地应力传感器头部三个垂直分布的感应单元能实时感应xyz三方向的应力分量大小σx,σy,σz，通过穿过套管的线缆使其与钻孔外的采集器相连实现数据的采集；三维地应力传感器安装后钻孔封堵。
6.如权利要求5所述的一种区域岩体地应力的反演测量方法，其特征在于：所述钻孔封堵的方法采用水泥灌装、化学灌浆与预塞锚固剂固结中的一种。
7.如权利要求1所述的一种区域岩体地应力的反演测量方法，其特征在于，所述复变函数反演解法求解过程为：基于巷道断面形状和无外载荷条件，采用复合形优化算法迭代求解巷道断面的映射函数z＝w(ζ)(ζ＝ξ+iη)，然后基于应力边界条件等式一，根据幂级数方法求解单值解析函数φ0(ζ)与ψ0(ζ)的表达式二，继而代入公式三可得出相应解析函数φ(ζ)与ψ(ζ)的具体表达式；
...【技术特征摘要】
1.一种区域岩体地应力的反演测量方法，其特征在于，包括下列步骤：
2.如权利要求1所述的一种区域岩体地应力的反演测量方法，其特征在于：所述地质构造为褶皱与断层中的一种或两种；当所述地质构造为褶皱，所述延展方向为褶皱的轴线方向；当所述地质构造为断层，所述延展方向为断层的走向；当所述地质构造包括褶皱与断层，所述延展方向包括褶皱的轴线方向与断层的走向。
3.如权利要求1所述的一种区域岩体地应力的反演测量方法，其特征在于：所述两条毗邻的巷道垂直交叉布置，巷道断面形状为圆形、直墙拱形、三心拱形、梯形与矩形中一种，两条毗邻的巷道断面与尺寸相同，两条毗邻的巷道中的地应力测点的直线距离不超过50m；两个垂直交叉的巷道中分别设置的地应力测站为第一测站与第二测站，两个毗邻的巷道中地应力测站的钻孔类型相同，所述钻孔类型包括水平钻孔与竖直钻孔中一种或两种，钻凿的钻孔形成地应力测点；所述第一测站与第二测站的地应力测点数量分别≥1个，分别根据第一测站与第二测站任意一地应力测点均可反演区域岩体远场应力分量，反演方法类同。
4.如权利要求3所述的一种区域岩体地应力的反演测量方法，其特征在于：所述第一测站与第二测站的地应力测点数量分别为两个，第一测站的两个地应力测点的钻孔类型为水平钻孔或竖直钻孔；第二测站的两个地应力测点的钻孔类型为水平钻...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴浩，李树建，王万禄，刘映辉，王宗勇，张斌，周帆，张吉雄，马丹，魏立军，李樯，戴兵，陈英，凡奥奇，
申请(专利权)人：云南磷化集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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