地應(yīng)力解除法地應(yīng)力測(cè)量原理及技術(shù)

 巖石彈性模量和泊松比的測(cè)定

為了提高測(cè)量精度，巖心率定應(yīng)該在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，因?yàn)閹r心中的水分散失很小，可以認(rèn)為巖心的力學(xué)性質(zhì)變化不大，特別是應(yīng)力計(jì)與孔壁的接觸狀態(tài)沒有改變。為了方便起見，也可以將巖心帶上井后立即蠟封。將帶有應(yīng)力計(jì)的巖心由鉆孔取出，放入圍壓率定儀中，給巖心加圍壓并同時(shí)進(jìn)行讀數(shù)，繪出應(yīng)力—應(yīng)變曲線這些曲線為直線，即ε = A + Bp，通過線性回歸可求出 A及 B 。彈性模量 E 和泊松比ν 可用下式計(jì)算：

 

地應(yīng)力測(cè)點(diǎn)的選擇

地應(yīng)力測(cè)量是一項(xiàng)十分認(rèn)真細(xì)致的工作，任何工作環(huán)節(jié)的失誤都會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)誤差。地應(yīng)力測(cè)量包含多個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)：一是需要可靠的傳感器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；二是要科學(xué)合理地選擇地應(yīng)力測(cè)量地點(diǎn)；三是對(duì)鉆孔平直度、孔徑偏差、大小孔同心度和鉆機(jī)操作等有很高的要求。地應(yīng)力測(cè)點(diǎn)的選擇應(yīng)遵守下列原則：

(1) 由于地應(yīng)力測(cè)量計(jì)算是以線彈性理論為基礎(chǔ)的，所以應(yīng)將測(cè)點(diǎn)布置在完整或盡量完整的巖體內(nèi)，一般要遠(yuǎn)離斷層，避開巖石破碎帶、斷裂發(fā)育帶；

(2) 遠(yuǎn)離或盡量遠(yuǎn)離較大開挖體；

(3) 避開隧道的的應(yīng)力集中區(qū)，保證應(yīng)力測(cè)點(diǎn)必須位于原巖應(yīng)力區(qū)，即原巖應(yīng)力狀態(tài)未受工程擾動(dòng)的地區(qū)；

(4) 為了研究地應(yīng)力對(duì)特定位置的影響，測(cè)點(diǎn)應(yīng)盡量靠近這些區(qū)域；

(5) 鉆孔至少應(yīng)有 3～5°的仰角，以便排水；

(6) 對(duì)于所選測(cè)點(diǎn)，不但水電供應(yīng)方便，而且要有足夠的空間容納鉆機(jī)。

6 地應(yīng)力測(cè)量步驟

根據(jù)空心包體應(yīng)變計(jì)解除法的原理，具體現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量步驟如下：

圖1  現(xiàn)場(chǎng)地應(yīng)力測(cè)量步驟

（1）使用地質(zhì)鉆機(jī)，在平導(dǎo)洞 PDK50+730 山體側(cè)垂直軸向打直徑為130mm 的近水平鉆孔，深度為導(dǎo)洞凈跨，以保證應(yīng)變計(jì)安裝位置位于原巖應(yīng)力區(qū)。鉆孔上傾 3－5°，以便冷水流出并易于清洗鉆孔。

圖2   鉆取 130mm 大孔

（2）換用用磨平鉆頭打喇叭口，然后從孔底打直徑為 36mm 的同心小孔，小孔深 30cm。小孔打好后，用水沖洗干凈，再用酒精或丙酮擦洗。

（3）安裝應(yīng)力計(jì)。在安裝應(yīng)力計(jì)之前做好準(zhǔn)備工作，包括粘結(jié)劑的配制，鉆孔深度的計(jì)算，安裝深度的控制等。準(zhǔn)備工作就緒后，用粘結(jié)劑注入應(yīng)力計(jì)的內(nèi)腔內(nèi)，固定好柱塞，用帶有定向器的安裝桿將空心包體應(yīng)變計(jì)送入小孔中預(yù)定位置，推斷固定銷，將粘結(jié)劑從應(yīng)力計(jì)內(nèi)腔擠出進(jìn)入應(yīng)力計(jì)與小孔之間的間隔中，等到粘結(jié)劑固化后，記下應(yīng)力計(jì)的偏角以及鉆孔的方位和傾角。

圖3  通過定向器安裝應(yīng)力計(jì)

圖4   帶有應(yīng)力計(jì)的巖芯