水利工程巖土工程質(zhì)量檢測(cè)要求培訓(xùn)教材

1、水利工程巖土工程質(zhì)量檢測(cè)要求培訓(xùn)教材第一節(jié) 孔壁應(yīng)變法測(cè)試第二節(jié) 孔底應(yīng)變法測(cè)試第三節(jié) 孔徑變形法測(cè)試第四節(jié) 水壓致裂法測(cè)試第五節(jié) 表面應(yīng)變法測(cè)試第六節(jié) 巖體應(yīng)力測(cè)試套鉆孔應(yīng)力解除法實(shí)測(cè) 數(shù)據(jù)整理說(shuō)明第六章 巖體應(yīng)力測(cè)試 巖體應(yīng)力泛指巖體內(nèi)部存在的應(yīng)力。在天然狀態(tài)下，巖體內(nèi)部存在的應(yīng)力，稱為巖體初始應(yīng)力、天然應(yīng)力或巖體原始應(yīng)力，在地質(zhì)學(xué)中通常都稱為地應(yīng)力。巖體被擾動(dòng)后的應(yīng)力稱為二次應(yīng)力或圍巖應(yīng)力（對(duì)地下洞室而言）。 巖體初始應(yīng)力不僅與巖體自重、地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有關(guān)，而且與地形地貌、成巖過(guò)程的物理化學(xué)變化、地溫梯度、巖體特性等有著密切的關(guān)系，它隨著地殼巖體所處的位置和時(shí)間不同而變化，因此它是一種復(fù)雜

2、的綜合性的應(yīng)力狀態(tài)。 巖體應(yīng)力的成因大致有巖體自重、地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、地形地貌、剝蝕作用和封閉應(yīng)力等五個(gè)方面，其中主要成因?yàn)閹r體自重應(yīng)力和地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力。第六章 巖體應(yīng)力測(cè)試 世界范圍內(nèi)地應(yīng)力分布的一些基本規(guī)律性主要有以下幾點(diǎn)： 圖6.0-1 地應(yīng)力與巖體埋藏深度關(guān)系曲線地表下深度H/m (1) 實(shí)測(cè)鉛垂應(yīng)力基本等于上覆巖層重量。HK布朗總結(jié)全世界有關(guān)鉛垂應(yīng)力v資料表明，在深度為25-2700 m范圍內(nèi)，鉛垂應(yīng)力v隨深度大致按巖石重度的比率線性增加（圖）。垂直應(yīng)力v /MPa (2) 水平應(yīng)力h普遍大于鉛垂應(yīng)力v。據(jù)實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，最大水平應(yīng)力與鉛垂應(yīng)力的比值，即側(cè)壓系數(shù)一般為，大部分在之間，總的來(lái)說(shuō)

3、，水平應(yīng)力h多數(shù)大于鉛垂應(yīng)力v。 (3) 平均水平應(yīng)力與鉛垂應(yīng)力的比值是隨深度而變化的，Brown E.T. 和Hoek E.根據(jù)各地實(shí)測(cè)資料概括為如下經(jīng)驗(yàn)公式（見(jiàn)圖）： 100/H0.301500/H 從已有的資料來(lái)看，在深度不大的情況下，的變化范圍很大，平均水平應(yīng)力與鉛垂應(yīng)力之間不存在固定的關(guān)系。隨著深度的增加，值分散度變小，并且趨向于1，表明深部極大時(shí)巖體可能處于接近于靜水壓力的狀態(tài)。圖6.0-2 側(cè)壓力系數(shù)與深度關(guān)系平均水平地應(yīng)力與鉛垂地應(yīng)力的比值地表以下深度H/m (4) 最大水平主應(yīng)力方向與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系?，F(xiàn)代巖體中最大水平主應(yīng)力方向，主要取決于現(xiàn)代地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)，與歷史上曾經(jīng)出現(xiàn)

4、過(guò)的地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)不存在必然的聯(lián)系，它們之間的關(guān)系比較復(fù)雜，通過(guò)對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)及其組合關(guān)系分析和地質(zhì)力學(xué)分析，才可以初步判斷地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的主壓應(yīng)力方向。關(guān)于巖土工程地應(yīng)力場(chǎng)： （1）自重應(yīng)力。假定巖體簡(jiǎn)化為均質(zhì)半無(wú)限彈性體，忽略地質(zhì)構(gòu)造和地形變化對(duì)巖體初始應(yīng)力的影響，自重應(yīng)力引起的應(yīng)力場(chǎng)隨深度的變化如圖所示，其量值為 z H，xyH 式中：為側(cè)壓系數(shù)，可根據(jù)半無(wú)限體側(cè)向變形為零的條件求得：圖6.0-3 自重應(yīng)力場(chǎng)的變化規(guī)律 /（1-）圖6.0-3 自重應(yīng)力場(chǎng)的變化規(guī)律 （2）構(gòu)造應(yīng)力。按照板塊運(yùn)動(dòng)（大陸漂移）學(xué)說(shuō)，地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力一般認(rèn)為是水平向作用力。假定地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力S為沿水平軸x方向

5、作用，即坐標(biāo)軸x，y，z都與應(yīng)力場(chǎng)的主方向一致，它隨深度的變化如圖所示。圖6.0-4 地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的變化規(guī)律 （3）巖體初始應(yīng)力場(chǎng)。一般情況下巖體初始應(yīng)力場(chǎng)為巖體自重引起的應(yīng)力場(chǎng)與地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起的應(yīng)力場(chǎng)的疊加（忽略巖體初始應(yīng)力場(chǎng)的次要組成成分），取自重應(yīng)力場(chǎng)的主軸與地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的主軸一致，它隨深度變化如圖所示，規(guī)律如下： 巖體初始應(yīng)力場(chǎng)的各應(yīng)力分量，除靠近地表以外，沿深度的變化均可用線性方程來(lái)概化，即沿深度呈直線變化； 在巖體初始應(yīng)力場(chǎng)中，大主應(yīng)力1在淺層為水平向，到達(dá)較大深度后轉(zhuǎn)變?yōu)殂U垂向；中主應(yīng)力2或小主應(yīng)力3在淺層為鉛垂向，到達(dá)較大深度后轉(zhuǎn)變?yōu)樗较?。它們由兩個(gè)直線段組成，其轉(zhuǎn)折點(diǎn)

6、深度為臨界深度；圖6.0-5 初始應(yīng)力場(chǎng)變化規(guī)律 在臨界深度以上巖體初始應(yīng)力場(chǎng)是以地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)為主導(dǎo)，大主應(yīng)力為水平向，其量值隨深度增加的幅度較小。在臨界深度以下，就轉(zhuǎn)變以自重應(yīng)力場(chǎng)為主導(dǎo)，即大主應(yīng)力為鉛垂向，其量值隨深度增加的幅度較大。臨界深度附近，存在一個(gè)主應(yīng)力方向逐漸調(diào)整變化的過(guò)渡帶。 河谷應(yīng)力場(chǎng)，水電工程多建于河谷地區(qū)，其應(yīng)力場(chǎng)分布有獨(dú)特的規(guī)律，見(jiàn)圖。圖6.0-6 河谷地區(qū)地應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律（4）二次應(yīng)力場(chǎng) 當(dāng)在巖體內(nèi)或在基巖上修建工程時(shí)，由于施工開(kāi)挖，改變了巖體的初始邊界條件，使巖體內(nèi)的能量得到釋放，從而引起圍巖的應(yīng)力重分布，形成新的應(yīng)力狀態(tài)，產(chǎn)生圍巖變形或破壞。如在地下工程中（地下

7、廠房，礦山，公路、鐵路隧道），常因開(kāi)挖而引起圍巖失穩(wěn)；在水工大壩基巖中常因開(kāi)挖卸荷而造成基巖變形或位錯(cuò)等。為了評(píng)估巖土工程的穩(wěn)定性，必需研究二次應(yīng)力場(chǎng)。 為了分析巖土工程的二次應(yīng)力場(chǎng)，首先必需知道巖體初始應(yīng)力狀態(tài)。因此巖體初始應(yīng)力是巖體工程勘測(cè)設(shè)計(jì)所必須的基本資料。而巖體初始應(yīng)力場(chǎng)只能通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)獲取，這就是為什么巖體應(yīng)力測(cè)量成為巖土工程研究領(lǐng)域不可缺少的重要技術(shù)。 1912年瑞士地質(zhì)學(xué)家海姆（A. Heim）首次提出了地應(yīng)力的概念，并假定地應(yīng)力是一種靜水應(yīng)力狀態(tài)（海姆假定），即地殼中任意一點(diǎn)的應(yīng)力在各個(gè)方向上均相等，且等于單位面積上覆巖層的重量，即自重應(yīng)力。 金尼克和朗金（W. J. M.

8、Rankine）分別修正了海姆的靜水壓力假設(shè)，認(rèn)為地殼中各點(diǎn)的垂直應(yīng)力等于自重應(yīng)力，而側(cè)向應(yīng)力（水平應(yīng)力）應(yīng)為自重應(yīng)力乘以一個(gè)修正系數(shù)。 上世紀(jì)20年代，我國(guó)地質(zhì)學(xué)家李四光就指出水平應(yīng)力分量的重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)垂直應(yīng)力分量。50年代，哈斯特(N. Hast)首先在斯堪的納維亞半島進(jìn)行了地應(yīng)力測(cè)量工作，發(fā)現(xiàn)存在于地殼上部的最大主應(yīng)力幾乎處處是水平或接近水平的，而且最大水平主應(yīng)力一般為垂直應(yīng)力的1-2倍，甚至更多。 后來(lái)的進(jìn)一步研究表明，重力作用和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是引起地應(yīng)力的主要原因，其中尤以水平方向的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)地應(yīng)力的形成影響最大。當(dāng)前的應(yīng)力狀態(tài)主要由最近一次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所控制，但也與歷史上的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有關(guān)。

9、 由于億萬(wàn)年來(lái)，地球經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次大大小小的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，各次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的應(yīng)力場(chǎng)也經(jīng)過(guò)多次的疊加、牽引和改造，另外，地應(yīng)力場(chǎng)還受到其他多種因素的影響，因而造成了地應(yīng)力狀態(tài)的復(fù)雜性和多變性。 即使在同一工程區(qū)域，不同點(diǎn)地應(yīng)力的狀態(tài)也可能是很不相同的，因此，地應(yīng)力的大小和方向不可能通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算或模型分析的方法來(lái)獲得。要了解一個(gè)地區(qū)的地應(yīng)力狀態(tài)，最有效的方法就是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行巖體應(yīng)力測(cè)試，包括巖體初始應(yīng)力測(cè)試和洞室圍巖應(yīng)力測(cè)試等。 “應(yīng)力” 不能直接去度量和觀察，而只能通過(guò)測(cè)量其間接量（例如應(yīng)變、變形或其他物理量等）來(lái)確定。 早在上世紀(jì)三十年代初期，人們就曾利用測(cè)量洞壁的應(yīng)變來(lái)計(jì)算巖體的初始應(yīng)力狀態(tài)，特別是19

10、64年李曼（）研究了擋門器和三向應(yīng)力測(cè)量?jī)x器，并為世界各國(guó)所采用，開(kāi)創(chuàng)了巖體應(yīng)力測(cè)試的先河。 我國(guó)自上世紀(jì)六十年代初期開(kāi)始進(jìn)行巖體應(yīng)力測(cè)試，到現(xiàn)在經(jīng)歷了四十多年的發(fā)展，在廣大科技工作者的努力下，開(kāi)發(fā)和推出了多種測(cè)試方法，測(cè)試技術(shù)也不斷改進(jìn)，測(cè)量深度也在不斷增加。 早期的地應(yīng)力測(cè)量一般是在巖體的表面進(jìn)行，分為表面應(yīng)力恢復(fù)法和表面應(yīng)力解除法兩種。扁千斤頂法是表面應(yīng)力恢復(fù)法的代表，而中心鉆孔法和平行鉆孔法則為表面應(yīng)力解除法的代表。 表面應(yīng)力測(cè)量一般都在開(kāi)挖洞室?guī)r體表面進(jìn)行，只能測(cè)量巖體表面的一維或二維應(yīng)力狀態(tài)，而這種應(yīng)力狀態(tài)還受到開(kāi)挖擾動(dòng)影響，并非原巖應(yīng)力。因此這類方法不能正確確定測(cè)點(diǎn)處的原巖應(yīng)力狀

11、態(tài)。 為了克服這類方法的缺點(diǎn)，另一類方法是從洞室表面向巖體中打小孔直至原巖應(yīng)力區(qū)，這就保證了測(cè)量在原巖應(yīng)力區(qū)中進(jìn)行。這類方法稱為“鉆孔測(cè)量法”，目前普遍采用的應(yīng)力解除法和水壓致裂法均屬此類方法。 巖體應(yīng)力測(cè)試的方法很多，各有其適用范圍。就其測(cè)試的物理量來(lái)分，有直接法和間接法；就其測(cè)量部位來(lái)分，有孔內(nèi)法和表面法；就其測(cè)試元件來(lái)分，有機(jī)械式、電阻式、電感式等。 目前測(cè)量地應(yīng)力的主要方法有：巖體表面地應(yīng)力測(cè)量、套鉆孔應(yīng)力解除法地應(yīng)力測(cè)量、水壓致裂法地應(yīng)力測(cè)量和聲發(fā)射（AE）地應(yīng)力測(cè)量等幾大類。 各大類又可細(xì)分出許多測(cè)量方法。如巖體表面地應(yīng)力測(cè)量又可分為巖體表面應(yīng)力解除法和巖體表面應(yīng)力恢復(fù)法；套鉆孔應(yīng)

12、力解除法地應(yīng)力測(cè)量可分為鉆孔孔壁應(yīng)變法、鉆孔孔底應(yīng)變法和鉆孔孔徑變形法。隨測(cè)試原理和測(cè)試儀器不同還可分為二維地應(yīng)力、三維地應(yīng)力、淺孔地應(yīng)力和深孔地應(yīng)力測(cè)量。第一節(jié) 孔壁應(yīng)變法測(cè)試 鉆孔套心應(yīng)力解除技術(shù)是巖體應(yīng)力測(cè)試的基本方法?？妆趹?yīng)變法是套孔應(yīng)力解除技術(shù)的一種應(yīng)用，此外孔徑變形法亦屬此例。 鉆孔套心過(guò)程就是圍巖應(yīng)力釋放過(guò)程，測(cè)量套孔前后中心孔孔壁應(yīng)變的變化量，計(jì)算出測(cè)點(diǎn)處巖體的應(yīng)力狀態(tài)。 套孔應(yīng)力解除技術(shù)工法示意如圖。一 鉆孔套心應(yīng)力解除技術(shù)圖6.1-1 套孔應(yīng)力解除過(guò)程示意圖 由圖可知，鉆孔套心應(yīng)力解除法是利用大口徑鉆頭將巖心與圍巖分離開(kāi)來(lái)，從而使得巖心內(nèi)原來(lái)承受的應(yīng)力全部解除，根據(jù)此過(guò)程中

13、巖心產(chǎn)生的應(yīng)變（或變形），反演原來(lái)的巖體應(yīng)力狀態(tài)。 按照被測(cè)量的物理量及其測(cè)量部位的不同，分為（1）鉆孔孔壁應(yīng)變測(cè)量法、（2）鉆孔孔徑變形測(cè)量法、（3）鉆孔孔底應(yīng)變測(cè)量法。 鉆孔孔壁應(yīng)變測(cè)量法應(yīng)用最為廣泛，該方法利用安設(shè)在小鉆孔的孔壁應(yīng)變計(jì)測(cè)量的解除應(yīng)變值計(jì)算解除前的應(yīng)力狀態(tài)，在一個(gè)鉆孔的一次測(cè)量就可以確定巖體的三維應(yīng)力狀態(tài)。 孔壁應(yīng)變法測(cè)試按其應(yīng)變計(jì)結(jié)構(gòu)和適用環(huán)境分為淺孔孔壁應(yīng)變法、淺孔空心包體孔壁應(yīng)變法及深孔水下孔壁應(yīng)變法三類。孔壁應(yīng)變計(jì)應(yīng)根據(jù)工程要求、使用環(huán)境及測(cè)試方法選用。 （1）淺孔孔壁應(yīng)變計(jì)因直接在孔壁上粘貼應(yīng)變片，要求孔壁干燥，故適用于地下水位以上完整、較完整細(xì)粒結(jié)構(gòu)巖體，孔深不

14、宜超過(guò)20m，為排除孔內(nèi)積水，鉆孔宜向上傾斜3-5。 CJS-1型鉆孔三向應(yīng)變計(jì)是典型淺孔孔壁應(yīng)變計(jì)，其結(jié)構(gòu)示意如圖，應(yīng)變片布置示意如圖。圖6.1-2 CJS-1型鉆孔三向應(yīng)變計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖橡皮岔補(bǔ)嘗室圖6.1-3 CJS-1型鉆孔三向應(yīng)變計(jì)應(yīng)變片布置形式 （2）空心包體式孔壁應(yīng)變計(jì)是將應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變片粘貼在一預(yù)制的薄環(huán)氧樹(shù)脂圓筒上，再包裹一層環(huán)氧樹(shù)脂制成，適用于完整、較完整的巖體。 CKX-97型空心包體式鉆孔三向應(yīng)變計(jì)結(jié)構(gòu)示意如圖，CKX-97型空心包體式鉆孔三向應(yīng)變計(jì)應(yīng)變片的布置示意如圖。圖6.1-4 CKX-97型空心包體式鉆孔三向應(yīng)變計(jì)結(jié)構(gòu)圖 圖6.1-5 CKX-97型空心包體式鉆孔三

15、向應(yīng)變計(jì)應(yīng)變片的布置（3）深孔水下孔壁應(yīng)變計(jì) 深鉆孔套心應(yīng)力解除測(cè)量法一般采用孔壁應(yīng)變計(jì)。為解決鉆孔深度大所帶來(lái)的一系列問(wèn)題，在淺鉆孔巖體應(yīng)力測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)上有許多發(fā)展。 關(guān)鍵技術(shù)包括：（1）能夠在深水中工作的深鉆孔水下三向應(yīng)變計(jì)、（2）配套的應(yīng)變片水下粘結(jié)劑、（3）水下應(yīng)變計(jì)粘貼技術(shù)、（4）安裝定位的觸發(fā)裝置、（5）井下測(cè)定應(yīng)變片方向的裝置、（6）深鉆孔套鉆技術(shù)以及井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 深孔套孔應(yīng)力測(cè)量可以在深達(dá)數(shù)百米鉆孔中不間斷地取得應(yīng)力解除全過(guò)程的解除應(yīng)變數(shù)據(jù)。 對(duì)測(cè)試孔的要求，淺孔應(yīng)變計(jì)及空心包體應(yīng)變計(jì)對(duì)測(cè)試孔徑要求為測(cè)試元件標(biāo)準(zhǔn)外徑（如36應(yīng)變計(jì)為36mm）加上，過(guò)大過(guò)小都將影響安裝。

16、三類應(yīng)變計(jì)對(duì)測(cè)試孔深均要求滿足安裝長(zhǎng)度（即應(yīng)變計(jì)長(zhǎng)度加上100mm）。采用深孔測(cè)試時(shí)，為防止殘留巖心掉入孔內(nèi)，測(cè)試前宜用試孔器測(cè)量孔深。 深孔水下孔壁應(yīng)變計(jì)結(jié)構(gòu)示意如圖。圖6.1-6 深孔水下孔壁應(yīng)變計(jì)結(jié)構(gòu)圖 1 測(cè)點(diǎn)布置及地質(zhì)描述（1）測(cè)段內(nèi)及測(cè)段附近巖性應(yīng)均一完整。（2）每一測(cè)段內(nèi)宜布置2-3個(gè)測(cè)點(diǎn)，各測(cè)點(diǎn)應(yīng)盡量靠近，避開(kāi)斷層、裂隙等不良地質(zhì)構(gòu)造。（3）在測(cè)試巖體初始應(yīng)力時(shí)，測(cè)試深度應(yīng)大于洞室斷面最大尺寸的2倍。 地質(zhì)描述包括下列內(nèi)容：（1）鉆孔鉆進(jìn)過(guò)程中的情況。（2）巖石名稱、結(jié)構(gòu)及主要礦物萬(wàn)分。（3）結(jié)構(gòu)面類型、產(chǎn)狀、寬度、充填物性質(zhì)。（4）測(cè)點(diǎn)區(qū)的地應(yīng)力現(xiàn)象。二 測(cè)試方法2 主要儀器

17、設(shè)備及測(cè)試準(zhǔn)備工作 主要儀器和設(shè)備包括下列各項(xiàng)： 鉆機(jī)及附屬設(shè)備； 大、小口徑金剛石鉆頭； 磨平鉆頭及導(dǎo)向鉆頭； 孔壁應(yīng)變計(jì)（淺孔孔壁應(yīng)變計(jì)、空心包體 孔壁應(yīng)變計(jì)、深孔水下孔壁應(yīng)變計(jì)）； 靜態(tài)電阻應(yīng)變儀及接線箱； 安裝工具； 清洗及烘烤器具； 巖心圍壓率定器。2 主要儀器設(shè)備及測(cè)試準(zhǔn)備工作（續(xù)） 測(cè)試準(zhǔn)備應(yīng)符合下列規(guī)定： （1）根據(jù)工程和測(cè)試要求，選擇場(chǎng)地安裝鉆機(jī)。 （2）用大口徑鉆頭鉆至預(yù)定的測(cè)試深度。(圖6.1-11) （3）用卡簧整齊地拉斷并取出巖心，再用磨平鉆頭磨平 孔底，用導(dǎo)向鉆頭鉆導(dǎo)向孔。 （4）用帶擴(kuò)孔器的小口徑金剛石鉆頭鉆測(cè)試孔，孔深約 50cm并與大孔同軸，兩孔孔軸允許偏差為

18、2mm，在 鉆進(jìn)過(guò)程中均勻施壓，不應(yīng)停鉆，不得更換鉆頭。 (圖6.1-12) （5）取出巖心進(jìn)行描述，當(dāng)巖心破碎或不能滿足測(cè)試要求 時(shí)，應(yīng)重復(fù)本條2-4款，直至取到完整巖心并滿足測(cè) 試要求。(圖6.1-13) （6）根據(jù)所選類型的孔壁應(yīng)變計(jì)，對(duì)測(cè)孔孔壁進(jìn)行清洗或 干燥處理。3 孔壁應(yīng)變計(jì)的安裝 淺孔電阻絲式孔壁應(yīng)變計(jì)安裝應(yīng)符合下列規(guī)定： （1）在試孔孔壁和應(yīng)變計(jì)上均勻涂抹粘結(jié)劑。 （2）用安裝器將應(yīng)變計(jì)送入測(cè)試孔，定向就位，施 加并保持一定的預(yù)壓力，使應(yīng)變計(jì)牢固地粘結(jié)在 孔壁上。（圖6.1-14）、（圖6.1-15） （3）粘結(jié)劑充分固化后，檢查系統(tǒng)絕緣值，絕緣值不 應(yīng)小于50M。 （4）取出

19、安裝器，記錄測(cè)點(diǎn)深度及方位。（圖6.1-16）3 孔壁應(yīng)變計(jì)的安裝(續(xù)) 淺孔空心包體孔壁應(yīng)變計(jì)安裝應(yīng)符合下列規(guī)定：（1）在應(yīng)變計(jì)內(nèi)腔的膠管里注滿粘結(jié)劑。（2）用安裝器將應(yīng)變計(jì)送入測(cè)試孔，定向就位，然后推動(dòng) 安裝桿，切斷定位銷釘，擠出粘結(jié)劑。（3）按淺孔孔壁應(yīng)變計(jì)安裝規(guī)定之條（三）（四）款的規(guī) 定測(cè)定絕緣值、測(cè)點(diǎn)深度及方位。3 孔壁應(yīng)變計(jì)的安裝(續(xù)) 深孔水下孔壁應(yīng)變計(jì)安裝應(yīng)符合下列規(guī)定：（1）在應(yīng)變計(jì)前端的膠罐里注滿粘結(jié)劑。（2）用安裝器將應(yīng)變計(jì)送入測(cè)試孔，將應(yīng)變計(jì)牢固地粘結(jié) 在孔壁上。（3）接通電源加熱定向羅盤，30min后切斷電源，使定向 羅盤指針定向。（4）按淺孔孔壁應(yīng)變計(jì)安裝規(guī)定之條

20、（三）（四）款的規(guī) 定測(cè)定絕緣值、測(cè)點(diǎn)深度及方位。4 孔壁應(yīng)變法測(cè)試及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn) 淺孔孔壁應(yīng)變法或空心包體孔壁應(yīng)變法測(cè)試及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合下列規(guī)定： （1）從鉆具中引出應(yīng)變計(jì)電纜，接通儀器。向鉆孔內(nèi)沖水，每隔5min讀數(shù)一次，連續(xù)三次相鄰讀數(shù)差不超過(guò)5且沖水時(shí)間不少于30min時(shí)，取最后一次讀數(shù)作為穩(wěn)定讀數(shù)，并記為初始值。 （2）按預(yù)定深度分10級(jí)，開(kāi)始每級(jí)解除深度可為5cm，在接近應(yīng)變片粘結(jié)部位時(shí)宜為2cm。逐級(jí)鉆進(jìn)，進(jìn)行套心解除，每解除到一級(jí)深度時(shí)，停鉆不停機(jī)連續(xù)讀數(shù)兩次。4 孔壁應(yīng)變法測(cè)試及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)(續(xù)) （3）套鉆最終解除深度應(yīng)超過(guò)測(cè)孔孔底應(yīng)力集中影響區(qū)，應(yīng)變計(jì)讀數(shù)趨于穩(wěn)定時(shí)可終止解除。但

21、最終解除深度（即從測(cè)點(diǎn)到孔底的距離）不得小于解除孔孔徑的倍。 （4）繼續(xù)向鉆孔內(nèi)沖水，每隔5min讀數(shù)一次，當(dāng)連續(xù)三次相鄰讀數(shù)差不超過(guò)5且沖水時(shí)間不少于30min時(shí)，取最后一次讀數(shù)為穩(wěn)定讀數(shù)。 （5）解除過(guò)程中發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)停機(jī)檢查并記錄。 （6）檢查系統(tǒng)緣值，卸下鉆具，小心取出帶有應(yīng)變計(jì)的巖心進(jìn)行描述。4 孔壁應(yīng)變法測(cè)試及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)） 深孔水下孔壁應(yīng)變法測(cè)試及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合下列規(guī)定： （1）接通儀器，每隔5min讀數(shù)一次，當(dāng)連續(xù)三次相鄰讀數(shù)差不超過(guò)5時(shí)，取最后一次讀數(shù)作為初始穩(wěn)定讀數(shù)。 （2）提升安裝器，切斷應(yīng)變計(jì)與安裝托架間的引線，將應(yīng)變計(jì)單獨(dú)留在測(cè)孔中，讀取定向羅盤所指示的方位

22、。 （3）進(jìn)行連續(xù)套鉆解除，套心解除深度應(yīng)滿足淺孔孔壁應(yīng)變法測(cè)試及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)之（3）款的規(guī)定。4 孔壁應(yīng)變法測(cè)試及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)） （4）取出帶有應(yīng)變計(jì)的巖心，立即將切斷的引線再次與安裝器托架上的引線連接起來(lái)，檢查系統(tǒng)絕緣值并保持巖心的環(huán)境溫度不變。 （5）接通儀器，讀取解除后的應(yīng)變計(jì)讀數(shù)，每5min讀數(shù)一次，連續(xù)三次相鄰讀數(shù)差不超過(guò)5時(shí)，取最后一次讀數(shù)作為穩(wěn)定讀數(shù)。 （6）對(duì)巖心進(jìn)行描述。5 巖心圍壓試驗(yàn)應(yīng)符合下列規(guī)定 （1）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)束后，將解除后帶有應(yīng)變計(jì)的巖心放入圍壓器中，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行圍壓試驗(yàn)。巖心圍壓率定器如圖。 （2）當(dāng)采用大循環(huán)法加壓時(shí)，壓力宜分5-10級(jí)施加。最大壓力應(yīng)大于預(yù)估的巖體

23、最大主應(yīng)力，循環(huán)法加壓時(shí)，每級(jí)壓力下每隔5min讀數(shù)一次，相鄰兩次讀數(shù)差不超過(guò)5時(shí)，即為穩(wěn)定讀數(shù)。圖6.1-7 巖心圍壓率定器5 巖心圍壓試驗(yàn)應(yīng)符合下列規(guī)定(續(xù)) （3）當(dāng)采用逐級(jí)一次循環(huán)法加壓時(shí)，每級(jí)壓力下每隔5min讀數(shù)一次，相鄰兩次讀數(shù)差不超過(guò)5時(shí)，即為穩(wěn)定讀數(shù)。 （4）繪制壓力p與應(yīng)變關(guān)系曲線，計(jì)算巖石彈性模量和泊松比。 按照彈性理論厚壁筒應(yīng)力分析方法推導(dǎo)出彈性模量的計(jì)算公式為： （）5 巖心圍壓試驗(yàn)應(yīng)符合下列規(guī)定(續(xù)) 其中， 、 是圍壓率定器施加圍壓時(shí)巖心發(fā)生的切向應(yīng)變和軸向應(yīng)變。 （ rH、rB 分別為試驗(yàn)巖心的外半徑和內(nèi)半徑，P為圍壓）。 當(dāng)把巖心圍壓試驗(yàn)作為平面問(wèn)題處理時(shí)，(

24、6.1-1)式可以簡(jiǎn)化為： （）6 測(cè)試成果整理及測(cè)試記錄（1）根據(jù)巖心解除應(yīng)變值和解除深度，繪制解除過(guò)程曲 線，選取合理的解除應(yīng)變值。（2）根據(jù)圍壓試驗(yàn)或在現(xiàn)場(chǎng)取樣進(jìn)行的室內(nèi)巖塊力學(xué)試 驗(yàn)，確定巖石的彈性模量和泊松比。（3）測(cè)試記錄應(yīng)包括工程名稱、巖石名稱、測(cè)點(diǎn)編號(hào)、 測(cè)點(diǎn)位置、試驗(yàn)方法、地質(zhì)描述、測(cè)試深度、相應(yīng) 于各解除深度的電阻片的應(yīng)變值、靈敏系數(shù)、系統(tǒng) 絕緣值、沖水時(shí)間、各電阻片及應(yīng)變叢布置方向、 鉆孔軸向方位角、傾角、圍壓試驗(yàn)資料、測(cè)試過(guò)程 中發(fā)生的異常現(xiàn)象、測(cè)試人員、測(cè)試日期。7 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)整理分析 （1）坐標(biāo)系及測(cè)量元件序號(hào)規(guī)定 坐標(biāo)系應(yīng)符合下列規(guī)定： 巖體應(yīng)力測(cè)試計(jì)算坐標(biāo)系應(yīng)采用

25、右手系。 大地坐標(biāo)系oxyz：軸z為鉛垂向上，軸x 為建筑物軸線方向或正北向，其方位為0。 鉆孔坐標(biāo)系oxiyizi：軸zi為鉆孔軸向，指 向孔口為正，軸xi為水平向，以按右手系確 定的軸yi位于上半空間的指向?yàn)檎? 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)整理分析（續(xù)） 鉆孔方向應(yīng)符合下列規(guī)定： 鉆孔傾角i以仰角為正，方位角i為鉆孔在水平面投影線的方位，如果鉆孔為鉛垂向，i為軸xi的方位，這時(shí)0為垂直建筑物軸線（軸y）的方位或正西向。 測(cè)量元件序號(hào)應(yīng)符合下列規(guī)定： 鉆孔孔壁應(yīng)變計(jì)：i為布置在孔壁上的應(yīng)變叢序號(hào)，j為應(yīng)變叢內(nèi)應(yīng)變片序號(hào)。為應(yīng)變計(jì)安裝偏斜角，以水平軸起始逆時(shí)針向度量。 鉆孔孔徑變形計(jì)：i為測(cè)量鉆孔序號(hào)，j為安

26、裝在測(cè)量鉆孔內(nèi)變形計(jì)的觸頭序號(hào)，d為測(cè)孔孔徑。 鉆孔孔底應(yīng)變計(jì)：i為測(cè)量鉆孔序號(hào)，j為布置在測(cè)量鉆孔孔底上應(yīng)變片的序號(hào)。7 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)整理分析（續(xù)） （2）孔壁應(yīng)變測(cè)試法應(yīng)力計(jì)算 應(yīng)力解除完成以后孔壁應(yīng)變計(jì)各應(yīng)變叢得到一組應(yīng)變測(cè)量值，即觀測(cè)方程的觀測(cè)值，從理論上可以證明從鉆孔應(yīng)變計(jì)獲得的應(yīng)變觀測(cè)方程有6個(gè)是線性獨(dú)立的，因此，將觀測(cè)結(jié)果代入觀測(cè)方程組（一般情況為912個(gè)方程），解聯(lián)立方程就可求得圍巖的6個(gè)應(yīng)力分量。 觀測(cè)方程的表達(dá)式為： （）7 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)整理分析（續(xù)） 式中 k應(yīng)變觀測(cè)值。 k觀測(cè)值方程序號(hào)，應(yīng)變計(jì)內(nèi)布設(shè)幾個(gè)應(yīng)變叢，其序號(hào)用i表示，對(duì)應(yīng)的極角為i。每個(gè)應(yīng)變叢由幾個(gè)應(yīng)變片組成，其序號(hào)

27、用j表示，對(duì)應(yīng)的角度為j。 k=m(i-1)+j (i=1-3，j=1-m ) ，m為應(yīng)變計(jì)內(nèi)應(yīng)變叢中應(yīng)變片個(gè)數(shù)。 應(yīng)力系數(shù)Ak1、Ak2、Ak6用下式確定： （） 對(duì)于孔壁應(yīng)變測(cè)量（）式中K1=K2=K3=K4=1。7 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)整理分析（續(xù)） （3）空心包體鉆孔三向應(yīng)變計(jì)應(yīng)力計(jì)算 觀測(cè)方程和應(yīng)力系數(shù)計(jì)算分別為式（）、（），但修正系數(shù)Ki（i=1-4）不等于1，由鉆孔半徑R，應(yīng)變計(jì)內(nèi)半徑R1，應(yīng)變片嵌固部位的半徑，圍巖的彈性模量E、泊松比和環(huán)氧樹(shù)脂層的彈性模量E1、泊松比1確定：7 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)整理分析（續(xù)） （） （）7 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)整理分析（續(xù)） （）7 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)整理分析（續(xù)） （4）鉆孔坐標(biāo)系同

28、大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換 公式（）-（）是在鉆孔坐標(biāo)系下圍巖應(yīng)力的計(jì)算公式，為了求得大地坐標(biāo)系下的圍巖應(yīng)力，必須進(jìn)行坐標(biāo)變換。 鉆孔坐標(biāo)系和大地坐標(biāo)系都采用右手系，大地坐標(biāo)系oxyz：軸z為鉛垂向上；軸x為建筑物軸線方向，其方位角為0；軸y的方位角為090。鉆孔坐標(biāo)系oxiyizi：軸zi為鉆孔軸線方向，指向孔口為正，軸xi為水平向，以軸yi位于上半空間為仰角的指向?yàn)檎?。即傾角為0，方位角為i90；軸yi的傾角為90i，方位角為i+180。鉆孔坐標(biāo)系oxiyizi與大地坐標(biāo)系oxyz相互關(guān)系如圖所示，鉆孔坐標(biāo)系各坐標(biāo)軸相對(duì)大地坐標(biāo)系的方向余弦如表。圖6.1-8 鉆孔坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系的相對(duì)關(guān)系表6.1

29、-1 鉆孔坐標(biāo)系各坐標(biāo)軸相對(duì)大地坐標(biāo)系的方向余弦7 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)整理分析（續(xù)） 鉆孔坐標(biāo)系表達(dá)的應(yīng)力分量xi，yi，zi和xiyi轉(zhuǎn)換到大地坐標(biāo)系表達(dá)的應(yīng)力分量的轉(zhuǎn)換公式為（）： （）三 關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題1套心解除速率的要求 通過(guò)多年的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，在淺孔孔壁應(yīng)變法和淺孔空心包體孔壁應(yīng)變法淺孔全過(guò)程的測(cè)量中，力爭(zhēng)獲取較好的全過(guò)程曲線，規(guī)程要求按預(yù)定深度分10級(jí)，開(kāi)始每級(jí)解除深度可為5，在接近應(yīng)變片粘結(jié)部位時(shí)宜為2。逐級(jí)鉆進(jìn)，進(jìn)行套心解除，每解除到一級(jí)深度時(shí)，停鉆不停機(jī)連續(xù)讀數(shù)兩次。2 應(yīng)變計(jì)的制作 在巖體應(yīng)力的測(cè)量試驗(yàn)中，對(duì)試驗(yàn)的影響因素很多，如溫度、濕度、介質(zhì)和墊層等，這些都要在應(yīng)變計(jì)的制作過(guò)程中予以考

30、慮。應(yīng)變計(jì)的制作是十分關(guān)鍵的技術(shù)之一。首先是電阻片的選擇，同一組試件的工作片與溫度補(bǔ)償片的規(guī)格和靈敏系數(shù)應(yīng)相同，電阻值在120左右，允許偏差為。并對(duì)溫度變化不敏感。其次是制作應(yīng)變計(jì)的底托材料在滿足其他要求的基礎(chǔ)上，其彈性模量應(yīng)盡可能低，不致對(duì)電阻片隨應(yīng)力解除的變化構(gòu)成約束影響。3 粘結(jié)劑的配制 要將制作好的應(yīng)變計(jì)牢固地粘結(jié)在測(cè)量孔中，就必須選擇好的粘結(jié)劑，并且有一套完整的應(yīng)變計(jì)粘結(jié)工藝。對(duì)水平淺孔要求鉆孔略向上傾斜5左右，以便排出巖粉和積水，并對(duì)鉆孔進(jìn)行清洗干燥，因而對(duì)粘結(jié)劑的要求僅限于粘結(jié)強(qiáng)度和固化時(shí)間。在垂直深孔應(yīng)力測(cè)量中，對(duì)粘結(jié)劑要求則更高一些，除需滿足以上要求外，還須在水下可固化，耐油

31、，強(qiáng)度高等。長(zhǎng)江科學(xué)院研制的CKJ1型水下粘結(jié)劑能滿足以上要求，在工程中應(yīng)用是比較成功的。4 鉆孔機(jī)具的選配 套心解除法一般要求使用金剛石鉆頭鉆孔，每百m傾斜不超過(guò)3，且測(cè)量小孔和解除大孔同心度允許偏差不超過(guò)2mm。因此在鉆進(jìn)過(guò)程中要求在一定間隔內(nèi)，在鉆桿上加接定向（導(dǎo)向）接頭，使用專用的76 mm（薄壁）和36 mm的金剛石鉆頭，且解除鉆具有能較完整地取出巖心，巖心殘留不大于5，起伏差不大于2。5 二次儀表的配置和標(biāo)定 由于地應(yīng)力測(cè)試對(duì)成果質(zhì)量的影響因素較多，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境差，因此要求二次儀表具有一定的精度和抗干擾能力，并經(jīng)過(guò)計(jì)量部門計(jì)量合格。儀器設(shè)備運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)組裝后，應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查和標(biāo)定。第二節(jié)

32、 孔底應(yīng)變法測(cè)試一 測(cè)試技術(shù) 孔底應(yīng)變法測(cè)試仍屬于應(yīng)力解除法，是采用電阻應(yīng)變計(jì)（或其他感應(yīng)元件）作為傳感元件，測(cè)量套鉆解除后鉆孔孔底巖面應(yīng)變變化，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，求出孔底周圍的巖體應(yīng)力狀態(tài)，適用于各向同性巖體的應(yīng)力測(cè)試。主要優(yōu)點(diǎn)為所需的完整巖心長(zhǎng)度較短，在較軟弱或完整性較差的巖體內(nèi)較易成功。 鉆孔孔底應(yīng)變計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖，應(yīng)變片布置如圖。圖6.2-1 鉆孔孔底應(yīng)變計(jì)元件示意圖圖6.2-2 孔底應(yīng)變計(jì)應(yīng)變片布置圖 孔底應(yīng)變計(jì)的安裝工作要求烘烤孔底，需在鉆孔無(wú)水狀態(tài)下進(jìn)行。為排除鉆孔孔內(nèi)積水，鉆孔宜向上傾斜3-5。二 測(cè)試方法 1 測(cè)點(diǎn)布置 測(cè)點(diǎn)布置同孔壁應(yīng)變法測(cè)試之二的規(guī)定，當(dāng)測(cè)量巖體中某一點(diǎn)的三向應(yīng)

33、力狀態(tài)時(shí)，宜在同一平面內(nèi)，布置交會(huì)于巖體某點(diǎn)的三個(gè)鉆孔（如45、90、-45），如圖6. 2-3所示。地質(zhì)描述與孔壁應(yīng)變法測(cè)試之二的規(guī)定相同。圖6. 2-3 三孔交匯示意圖 2 主要儀器設(shè)備 測(cè)試儀器設(shè)備與節(jié)相同，只需將孔壁應(yīng)變計(jì)換成孔底應(yīng)變計(jì)。 測(cè)試準(zhǔn)備應(yīng)符合下列規(guī)定： （1）根據(jù)測(cè)試要求選擇場(chǎng)地，安裝鉆機(jī)。鉆進(jìn)到預(yù)定深度，取出巖心，觀察節(jié)理、裂隙發(fā)育情況，判斷是否滿足試驗(yàn)條件，否則應(yīng)繼續(xù)鉆進(jìn)，直至滿足試驗(yàn)條件。 （2）粗磨、細(xì)磨孔底至平整光滑。 （3）用清潔劑洗凈孔底并用烘烤器烘干。3 應(yīng)變計(jì)安裝 （1）在孔底及孔底應(yīng)變計(jì)底表面均勻涂上一層粘結(jié)劑。 （2）用安裝桿將帶有孔底應(yīng)變計(jì)的安裝器送

34、入孔中，當(dāng)接近孔底時(shí)定向就位，將孔底應(yīng)變計(jì)壓貼在孔底平面中部1/3直徑范圍內(nèi)，并保持一定的預(yù)壓力，使應(yīng)變計(jì)與孔底巖面緊密粘貼。 （3）粘結(jié)劑固化后，檢查系統(tǒng)絕緣值，絕緣值不應(yīng)小于50M. （4）取出安裝器。4 測(cè)試及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn) （1）從鉆具中引出測(cè)量電纜，接通儀器。向鉆孔內(nèi)沖水，每隔5min讀數(shù)一次，當(dāng)連續(xù)三次相鄰讀數(shù)差不超過(guò)5且沖水時(shí)間不少于30min時(shí)，取最后一次讀數(shù)作為穩(wěn)定讀數(shù)，并作為初始值。 （2）按預(yù)定深度逐級(jí)鉆進(jìn)，進(jìn)行套心解除。每級(jí)解除深度，開(kāi)始時(shí)宜為1cm，當(dāng)解除孔徑倍后宜為2cm，每解除一級(jí)，停鉆不停機(jī)讀數(shù)，連續(xù)讀數(shù)兩次。4 測(cè)試及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)） （3）套鉆最終解除深度應(yīng)超過(guò)孔底

35、應(yīng)力集中影響區(qū)，最小解除深度應(yīng)大于解除孔孔徑的倍。 （4）繼續(xù)向鉆孔內(nèi)沖水，每隔5min讀數(shù)一次，當(dāng)連續(xù)三次相鄰讀數(shù)差不超過(guò)5且沖水時(shí)間不少于30min時(shí)，取最后一次讀數(shù)作為穩(wěn)定讀數(shù)。 （5）在解除過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，應(yīng)立即停機(jī)檢查，作好記錄。 （6）檢查系統(tǒng)絕緣值，卸下鉆具，取出帶有應(yīng)變計(jì)的巖心進(jìn)行描述。 5 巖心圍壓試驗(yàn)、測(cè)試成果整理及測(cè)試記錄與第一節(jié)相同。 6 應(yīng)力計(jì)算 鉆孔孔底應(yīng)變測(cè)量需要布置s個(gè)交匯鉆孔(s3，其中不同方向的鉆孔至少為3個(gè))，其序號(hào)用i表示，并設(shè)鉆孔的傾角為i，方位角為i。應(yīng)變計(jì)端面上布置1個(gè)應(yīng)變叢，應(yīng)變叢內(nèi)由t個(gè)應(yīng)變片組成，其序號(hào)用j表示，對(duì)應(yīng)的角度為i。由孔底

36、應(yīng)變測(cè)量得到的應(yīng)變觀測(cè)值k（k=(i1)t+j，i=1-s，j=1-t）可建立一組觀測(cè)方程，解觀測(cè)方程組即可獲得大地坐標(biāo)系下的圍巖應(yīng)力狀態(tài)。觀測(cè)方程組成如（）式： （）6 應(yīng)力計(jì)算(續(xù)) 觀測(cè)方程的應(yīng)力系數(shù)Ak1-Ak6可由（）式、（）式求出： （） 如果交匯的測(cè)量鉆孔取在同一水平面上，即i=0，則應(yīng)力系數(shù)Ak1-Ak6表達(dá)式（）變成 （） （）三 關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題 孔底應(yīng)變法測(cè)量方法的關(guān)鍵在于應(yīng)變測(cè)量元件的制作。由于試驗(yàn)是在鉆孔中進(jìn)行，難以用人工直接將電阻片貼入孔底，為此設(shè)計(jì)了一種應(yīng)變盒。預(yù)先把電阻片粘貼在應(yīng)變盒的底平面上，以專用工具將其送入孔底，使它粘貼在孔底平面上。在處理、粘貼、防潮過(guò)程中，

37、電阻片表面已形成一層薄膜，以及塑料殼體對(duì)電阻片的正常工作是否有影響，其大小如何，這些均需通過(guò)率定確定。由于每個(gè)應(yīng)變?cè)迟N后不能重復(fù)使用，因此率定工作只能采用抽樣率定的方法。 因該測(cè)量方法要求鉆孔干燥無(wú)水，故鉆孔應(yīng)略向上傾斜5左右。該測(cè)量方法需配置專用鉆孔機(jī)具和孔底磨平裝置。測(cè)量三向應(yīng)力宜在同一平面內(nèi)布置交會(huì)于巖體某點(diǎn)的三個(gè)鉆孔（如45、90、45）。第三節(jié) 孔徑變形法測(cè)試一 測(cè)試技術(shù) 孔徑變形法測(cè)試包括壓磁應(yīng)力計(jì)測(cè)試和孔徑變形計(jì)測(cè)試兩種方法。它是在鉆孔預(yù)定孔深處安放壓磁應(yīng)力計(jì)或四分向環(huán)式鉆孔變形計(jì)，然后套鉆解除，測(cè)量解除前后的變形或應(yīng)變差值，按彈性理論建立的孔徑變化與應(yīng)力之間的關(guān)系式，計(jì)算出

38、巖體中鉆孔橫截面上的平面應(yīng)力狀態(tài)。 典型的鉆孔變形計(jì)有YJ-81型壓磁式應(yīng)力計(jì)和36-2型鋼環(huán)式變形計(jì)，分別示意如圖6.3-1和圖。圖6.3-1 YJ-81型壓磁式應(yīng)力計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖圖6.3-2 36-2型鋼環(huán)式變形計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖 當(dāng)需要測(cè)求巖體的空間力狀態(tài)時(shí)，應(yīng)采用三孔交匯測(cè)試的方法，一般采用兩側(cè)測(cè)孔與中間測(cè)孔分別構(gòu)成45夾角的布置方法。二 測(cè)試方法 1 主要儀器設(shè)備 鉆機(jī)及其附屬設(shè)備； 大、小口徑金剛石鉆頭； 磨平鉆頭及導(dǎo)向鉆頭； 壓磁應(yīng)力計(jì)及讀數(shù)儀或四分量環(huán)式 變形計(jì)及靜態(tài)應(yīng)變儀； 圍壓率定器； 安裝設(shè)備。2 測(cè)試準(zhǔn)備 選擇場(chǎng)地，安裝鉆機(jī)。 用大口徑鉆頭鉆至預(yù)定部位，取出巖心。 用磨平鉆頭磨

39、平孔底，用導(dǎo)向鉆頭鉆深約4- 5cm的導(dǎo)向孔。 用測(cè)試鉆頭鉆測(cè)試孔，孔深約50cm，要求 與大孔同軸，允許偏差為2mm。取出測(cè)試孔 巖心并沖洗鉆孔。 觀測(cè)巖心并進(jìn)行描述，當(dāng)巖心不滿足試驗(yàn)要 求時(shí)應(yīng)重復(fù)本條2-4款。 四分向環(huán)式變形計(jì)，應(yīng)在安裝前進(jìn)行率定。3 壓磁應(yīng)力計(jì)安裝 應(yīng)力計(jì)定向底座送入孔底定向，再將應(yīng)力計(jì)送至孔底，將尾部插入底座定向凹槽內(nèi)，對(duì)應(yīng)力計(jì)施加預(yù)壓力。 對(duì)水平測(cè)量孔，采用鉆桿將應(yīng)力計(jì)和水平定向器送至孔底定向固定，并施加預(yù)壓力。 預(yù)壓力的大小宜為應(yīng)力計(jì)最大讀數(shù)范圍的1/3-2/3，并保持該預(yù)壓力不變。 記錄安裝定向方向。4 四分向環(huán)式變形計(jì)安裝 將變形計(jì)中各組鋼環(huán)的引出線按順序連接

40、在應(yīng)變儀的接線箱上，并預(yù)調(diào)平衡。 接上定向器，與變形計(jì)一起用安裝桿緩慢送入測(cè)量孔內(nèi)，并不斷監(jiān)視應(yīng)變儀，讀數(shù)壓縮值宜控制在2000。 用鐵錘輕擊安裝桿端部，使變形計(jì)錐體與測(cè)量孔孔口緊密接觸。 記錄安裝定向方向。5 壓磁應(yīng)力計(jì)法的測(cè)試及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn) 將應(yīng)力計(jì)導(dǎo)線從鉆具中引出接入二次儀表上，沖水讀數(shù)，每隔5min讀數(shù)一次，連續(xù)三次相鄰讀數(shù)差不超過(guò)3個(gè)儀器最小讀數(shù)單位且沖水時(shí)間不少于30min時(shí)，取最后一次讀數(shù)作為穩(wěn)定讀數(shù)，并記為初始值。 每鉆進(jìn)解除2cm，停鉆不停機(jī)讀數(shù)一次。 最終解除深度（即從測(cè)點(diǎn)到孔底的距離）不得小于解除孔孔徑的倍。6 四分向環(huán)式變形計(jì)法的測(cè)試及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn) 將應(yīng)變計(jì)導(dǎo)線從鉆具中引出，接

41、入二次儀表上，沖水讀數(shù)，每隔5min讀數(shù)一次，連續(xù)三次相鄰讀數(shù)差不超過(guò)5且沖水時(shí)間不少于30min時(shí)，取最后一次讀數(shù)作為穩(wěn)定讀數(shù)，并記為初始值。 每鉆進(jìn)2cm，停鉆不停機(jī)讀數(shù)一次。 最終解除深度（即從測(cè)點(diǎn)到孔底的距離）不得小于解除孔徑的倍。 解除過(guò)程鉆孔孔徑變形同鉆進(jìn)深度變化曲線如圖。圖6.3-3 孔徑變形法應(yīng)力解除應(yīng)變?nèi)^(guò)程曲線7 壓磁應(yīng)力計(jì)法測(cè)試成果整理 繪制解除深度h與應(yīng)力計(jì)各元件讀數(shù)差u的解除全過(guò)程關(guān)系曲線，確定最終穩(wěn)定值。 繪制應(yīng)力計(jì)各元件率定曲線，各元件率定系數(shù)按下式計(jì)算： （） 式中 K 元件率定系數(shù)； Sw圍壓器單位壓力MPa； u 儀器讀數(shù)差。7 壓磁應(yīng)力計(jì)法測(cè)試成果整理（續(xù)

42、） 記錄應(yīng)力值Sij按下式計(jì)算： Sij=Kiu 式中 Sij對(duì)于空間問(wèn)題為Sij，對(duì)于平面問(wèn)題為 、 和 。 平面應(yīng)力計(jì)算。當(dāng)符合平面問(wèn)題假設(shè)，且壓磁應(yīng)力計(jì)各元件互成60布置時(shí)，平面應(yīng)力按下式計(jì)算： 7 壓磁應(yīng)力計(jì)法測(cè)試成果整理（續(xù)） （） （） 式中 1、2最大、最小主應(yīng)力，MPa； 、 、 三個(gè)測(cè)試方向的記錄應(yīng)力，MPa； 當(dāng) 0時(shí)為最大主應(yīng)力1與記錄應(yīng)力的夾角； 當(dāng) 0時(shí)為最大主應(yīng)力2與記錄應(yīng)力的夾角。 7 壓磁應(yīng)力計(jì)法測(cè)試成果整理（續(xù)） 空間應(yīng)力計(jì)算。根據(jù)三個(gè)不同方向的鉆孔測(cè)試所取得的各個(gè)應(yīng)力值Sij，空間應(yīng)力分量x、y、z、xy、yz、zx按下列公式計(jì)算： （）7 壓磁應(yīng)力計(jì)法測(cè)試

43、成果整理（續(xù)）式中 i鉆孔序號(hào)； j測(cè)試方向序號(hào)； 鉆孔內(nèi)某點(diǎn)測(cè)試方向與鉆孔坐標(biāo)系ij的夾角； li1、mi1、ni1、li2、mi2、ni2、li3、mi3、ni3分別為相應(yīng)測(cè)點(diǎn)鉆孔坐標(biāo)系各軸對(duì)大地坐標(biāo)系的方向余弦。 8 四分向環(huán)式鉆孔變形計(jì)法測(cè)試成果整理 繪制解除深度h與各鋼環(huán)應(yīng)變i關(guān)系曲線。 根據(jù)h-i關(guān)系曲線，參照地質(zhì)條件和試驗(yàn)情況，確定最終穩(wěn)定讀數(shù)ni。 繪制各元件率定的千分表讀數(shù)Si與電阻應(yīng)變儀讀數(shù)i的關(guān)系曲線。各元件率定系數(shù)按下式計(jì)算： （）8 四分向環(huán)式鉆孔變形計(jì)法測(cè)試成果整理（續(xù)） 式中 Ki元件i的率定系數(shù)，1/mm； i各元件的應(yīng)變值； Si千分表讀數(shù)，mm。8 四分向環(huán)

44、式鉆孔變形計(jì)法測(cè)試成果整理（續(xù)） 鉆孔徑向變形按下式計(jì)算： （）式中 d 鉆孔徑向變形，mm； i測(cè)試元件的序號(hào)； 0i 元件i的初始應(yīng)變值； ni 元件i的最終穩(wěn)定應(yīng)變值。 巖體三維應(yīng)力計(jì)算比較復(fù)雜，請(qǐng)參見(jiàn)規(guī)程附錄。 三 關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題 1 應(yīng)變?cè)闹谱?孔徑變形測(cè)試法一般采用四分向環(huán)式鉆孔變形計(jì)。鋼環(huán)處理是影響變形計(jì)質(zhì)量好壞的關(guān)鍵，應(yīng)按下列方法和步驟進(jìn)行。 （1）選用膠基絲繞式電阻片或箔式電阻片，尺寸不大于35（越小越好）。電阻值不小于80（越大越好），電阻值允許偏差不大于。 （2）全部應(yīng)變鋼環(huán)經(jīng)零號(hào)砂紙打磨光滑后，用紗布蘸丙酮清洗至少3次。 （3）室溫下，用寬約5的軟排筆，蘸上ky-1聚

45、乙烯醇縮甲乙醛酸，均勻地薄薄涂敷整個(gè)鋼環(huán)。每隔15min涂刷一次，反復(fù)涂刷4次。 1 應(yīng)變?cè)闹谱鳎ɡm(xù)） (4)將涂過(guò)膠水的鋼環(huán)放入烘箱，進(jìn)行固化處理。 (5)在貼片處涂刷底膠。 (6)取出鋼環(huán)套，在專用加溫架上，保持約60溫度。在電阻片背面及鋼環(huán)貼片處各涂一層膠，粘貼電阻片。 (7)貼片后，用特制夾具對(duì)電阻片均勻加壓，壓力控制在左右。 (8)按規(guī)定進(jìn)行固化處理，但最高溫度不得超過(guò)1802。 1 應(yīng)變?cè)闹谱鳎ɡm(xù)） (9)應(yīng)變鋼環(huán)經(jīng)過(guò)固化處理后，逐一檢查各電阻片的電阻值及絕緣度，剔出不合格者。 (10)在電阻片上再涂2-4層膠水，并作同樣的固化處理。 (11)用70.07塑料線作引線，聯(lián)成

46、全橋或半橋，將引線固定在鋼環(huán)上。 (12)接通電阻應(yīng)變儀，檢查調(diào)零效果，并復(fù)查其絕緣度。 1 應(yīng)變?cè)闹谱鳎ɡm(xù)） (13)檢驗(yàn)符合要求后，用環(huán)氧樹(shù)脂膠在電阻片及引線處（特別是引線處）反復(fù)涂刷2-4次，膠層宜薄而勻。 (14)待環(huán)氧樹(shù)脂膠在室溫下固化后，將鋼環(huán)置于水中，測(cè)其絕緣度。若絕緣度在4h不小于50M，即為合格。 (15)將應(yīng)變鋼環(huán)放入烘箱，在60-80溫度下烘烤2-14天；或在-40-+50溫度范圍內(nèi)使其驟冷驟熱，反復(fù)10余次，進(jìn)行溫度老化處理。 2 變形計(jì)組裝 (1)按順序在鋼環(huán)架上裝上處理好的鋼環(huán)。旋緊鋼環(huán)架，沿凸齒方向輕輕移動(dòng)鋼環(huán)，檢查是否靈活。 (2)將鋼環(huán)電阻片引線分別焊在測(cè)

47、量導(dǎo)線上，再次測(cè)量其電阻值及絕緣度，并檢查橋路。 (3)將16心屏蔽電纜穿入變形計(jì)錐形塞孔中，并按組分別焊在接線室中。 (4)接通電阻應(yīng)變儀，檢查應(yīng)變鋼環(huán)是否正常。 (5)將已經(jīng)裝好且符合要求的應(yīng)變鋼環(huán)及其鋼環(huán)架裝入外殼，插進(jìn)銷釘定位。 2 變形計(jì)組裝(續(xù)) (6)旋緊螺桿，卡緊電纜，嵌上觸頭。 (7)將純凈凡士林加熱溶化，在60-80溫度下，用注射器將其從外殼觸頭孔注入變形計(jì)內(nèi)，排出空氣，最好是真空灌注。 (8)裝上保護(hù)套，將鋼環(huán)壓縮量控制在0.4-0.6范圍內(nèi)。 (9)接通電阻應(yīng)變儀，觀測(cè)各鋼環(huán)隨時(shí)間的應(yīng)變變化情況，繪制常溫下電阻片應(yīng)變?nèi)渥兦€。要求24h內(nèi)相對(duì)蠕變量不大于0.5%。3 四

48、分向環(huán)式鉆孔變形計(jì)的率定 為求出各鉆孔變形計(jì)的率定系數(shù)，需對(duì)鉆孔變形計(jì)進(jìn)行率定。率定程序如下： (1)將應(yīng)變計(jì)與電阻應(yīng)變儀接通、調(diào)零。 (2)將變形計(jì)安裝在率定架上，觸頭、移動(dòng)滑塊、千分表（或位移計(jì)）應(yīng)保持在同一軸線上。 (3)千分表（或位移計(jì)）調(diào)整指針至0.2左右。 (4)首先對(duì)鋼環(huán)預(yù)先壓縮0.5，再放松。重復(fù)3-4次。然后每增加0.1，記錄應(yīng)變值一次。壓縮至0.5 逐級(jí)放松，至少重復(fù)進(jìn)行3個(gè)循環(huán)。加壓、卸壓時(shí)，讀數(shù)差不得超過(guò)20。一 測(cè)試原理及基本公式 鉆孔套心應(yīng)力解除技術(shù)在工程巖體應(yīng)力測(cè)量中有廣泛的應(yīng)用并可獲得比較準(zhǔn)確的應(yīng)力量值，但鉆孔套心工法十分復(fù)雜，測(cè)試成本較高，比較適合不太深的鉆孔

49、中進(jìn)行，對(duì)于深度較大巖體中的初始應(yīng)力（如深度大于300m或超過(guò)1000m深孔中）比較常用的方法是水壓致裂法。第四節(jié) 水壓致裂法測(cè)試一 測(cè)試原理及基本公式（續(xù)） 水壓致裂法是迄今為止進(jìn)行深部地應(yīng)力測(cè)量最有效的手段，國(guó)外最大測(cè)量深度達(dá)5105m。除此之外，該方法還具有鉆孔套心應(yīng)力解除法無(wú)法比擬的突出優(yōu)點(diǎn)：資料整理不需要巖石彈性常數(shù)參與計(jì)算，避免因彈性常數(shù)取值不準(zhǔn)確而引起的誤差；巖壁受力范圍較大，避免點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)的局限性和地質(zhì)條件不均勻性的影響；可以利用現(xiàn)有地質(zhì)勘探鉆孔進(jìn)行測(cè)量，不需要專門鉆孔；操作簡(jiǎn)易，測(cè)量周期短。 一 測(cè)試原理及基本公式（續(xù)） 該方法主要設(shè)備由三部分組成：鉆孔承壓段的封隔系統(tǒng)、加壓

50、系統(tǒng)和測(cè)量、記錄系統(tǒng)。利用一對(duì)可膨脹的橡膠封隔器，在預(yù)測(cè)深度處取一段鉆孔進(jìn)行封隔，然后泵入液體對(duì)中間段鉆孔施壓，加壓到鉆孔圍巖出現(xiàn)破裂縫（此時(shí)的壓力稱破裂壓力），立即關(guān)閉壓力泵，維持裂縫張開(kāi)（此時(shí)的壓力稱為瞬時(shí)關(guān)閉壓力），最后將壓力泵卸壓至零。圍巖第一次破裂后，重復(fù)注液施壓至破裂縫繼續(xù)開(kāi)裂（這時(shí)的壓力為重張壓力），以獲得較準(zhǔn)確的壓裂參數(shù)。根據(jù)實(shí)測(cè)壓裂過(guò)程曲線確定壓裂參數(shù)并計(jì)算測(cè)段巖體最大和最小水平主應(yīng)力，根據(jù)裂縫張開(kāi)方向確定主應(yīng)力方向。水壓致裂法地應(yīng)力測(cè)量場(chǎng)景見(jiàn)圖。 圖6.4-1 水壓致裂法實(shí)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)一 測(cè)試原理及基本公式（續(xù)） 水壓致裂法地應(yīng)力測(cè)量原理建立在彈性力學(xué)平面問(wèn)題理論基礎(chǔ)上，經(jīng)典理論

51、以如下三個(gè)假設(shè)條件為前提：1) 圍巖是線性、均勻、各向同性的彈性體；2) 圍巖為多孔介質(zhì)時(shí)，注入的流體按達(dá)西定律在巖石孔隙中流動(dòng)；3) 巖體中初始應(yīng)力的一個(gè)主應(yīng)力方向?yàn)殂U垂向，與鉆孔方向一致，它的大小近似等于上覆巖層的自重。因此水壓致裂法地應(yīng)力測(cè)量的力學(xué)原理可以簡(jiǎn)化為彈性平面問(wèn)題，如圖，含有圓孔的無(wú)限大平板受兩向應(yīng)力A和B（AB）的作用，則孔周附近的二次應(yīng)力狀態(tài)為：(6.4-1) 式中： R 為鉆孔半徑， r 徑向距離， 極徑與軸x的夾角， r、和r 徑向應(yīng)力、切向應(yīng)力和剪切應(yīng)力， A 和B 鉆孔橫截面上最大和最小主應(yīng)力。一 測(cè)試原理及基本公式（續(xù)）XrrAB圖6.4-2 含圓孔無(wú)限大平面的應(yīng)

52、力狀態(tài)一 測(cè)試原理及基本公式（續(xù)） 考慮巖體中的孔隙壓力體P0 ，并以 ， ，表示巖體的地應(yīng)力，則海姆森給出一 測(cè)試原理及基本公式（續(xù)）SB = Ps (6.4-10) (6.4-11)其中：Pb為自裂過(guò)程曲線的初始破裂壓力， Ps為關(guān)閉壓力， t為巖石抗拉強(qiáng)度。 式（）中的抗拉強(qiáng)度t，目前采用兩種方法確定： （1）在試驗(yàn)室里，將所測(cè)孔段的巖樣，加工成厚壁空心圓柱體，對(duì)中心孔內(nèi)壁加壓直至巖樣破裂： 式中：B=b/a， b圓柱體試件外徑， a圓柱體試件中心孔的孔徑， Pb圓柱體試件破裂時(shí)的內(nèi)壓。一 測(cè)試原理及基本公式（續(xù)）(6.4-12) （2）在現(xiàn)場(chǎng)可從對(duì)封隔段的多次循環(huán)加壓過(guò)程求出。在第一次

53、加壓循環(huán)過(guò)程中，使完整的孔壁圍巖破裂，出現(xiàn)明顯的破裂壓力Pb ，而在以后的加壓循環(huán)過(guò)程中，因巖石已破裂，故其抗拉強(qiáng)度t=0，則重張壓力Pr為：一 測(cè)試原理及基本公式（續(xù)）(6.4-13) 這樣，在求解鉆孔橫截面上最大主應(yīng)力時(shí)，也可以直接采用重張壓力計(jì)算：(6.4-14) 比較式（）和式（）可得到巖石的抗拉強(qiáng)度： t = Pb Pr (6.4-15) 水壓致裂破裂面一般沿垂直于橫截面上最小主應(yīng)力方向的平面擴(kuò)展（形成平行于鉆孔軸線的裂縫），其延伸方向就是鉆孔橫截面上的最大主應(yīng)力方向。 由于測(cè)量?jī)x表放置在鉆孔孔口地面，所測(cè)的巖體應(yīng)力SA、SB還需加上鉆孔的靜水壓力PH。一 測(cè)試原理及基本公式（續(xù)）1

54、 鉆孔測(cè)試段布置（1）在測(cè)試段上下范圍內(nèi)，巖性應(yīng)均一完整。（2）由于水壓致裂法需對(duì)測(cè)試孔壓裂段加壓直至巖壁破裂，故要求測(cè)試段串接起來(lái)的封隔器加上壓裂段共約3m長(zhǎng)的巖體透水性小，根據(jù)計(jì)算公式的假定及目前工程實(shí)例統(tǒng)計(jì)巖體滲透系數(shù)應(yīng)小于1個(gè)呂容值。（3）地質(zhì)描述除應(yīng)與第一節(jié)的第二條相同外，還應(yīng)該提供鉆孔柱狀圖，包括巖性、裂隙密度、巖心獲得率、RQD及巖體滲透系數(shù)值。二 測(cè)試方法2 主要儀器設(shè)備鉆機(jī)及附屬設(shè)備；橡膠封隔器（與鉆孔孔徑匹配）及高壓軟管；壓力傳感器和流量傳感器；函數(shù)記錄儀；高壓大流量電動(dòng)壓力泵，壓力泵的選擇宜采用大流量和高壓力的電動(dòng)壓力泵，考慮到測(cè)試設(shè)備的輕便化和適用性，本方法要求泵壓不小

55、于40MPa，流量不小于8L/min，可兩臺(tái)并聯(lián)；印模器或鉆孔電視錄像設(shè)備。3 測(cè)試準(zhǔn)備 根據(jù)鉆孔地質(zhì)資料或鉆孔錄像資料選擇測(cè)段。 清洗鉆孔。 率定傳感器，并進(jìn)行封隔器預(yù)壓試驗(yàn)。 對(duì)加壓管路進(jìn)行高壓密封試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力不應(yīng)小于20MPa。 檢查定向設(shè)備。4 測(cè)試步驟（1）串接兩個(gè)橡膠封隔器，用安裝工具放至選定的壓裂段，加壓至預(yù)定的座封壓力，使封隔器膨脹座封于孔壁上。原測(cè)上座封壓力應(yīng)大于橡膠封隔器的擴(kuò)張壓力小于測(cè)試巖體破裂縫的重張壓力，宜在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)試驗(yàn)或用同類巖體測(cè)試的經(jīng)驗(yàn)確定。（2）對(duì)壓裂段注水加壓，打開(kāi)函數(shù)記錄儀連續(xù)記錄壓力，p與時(shí)間t關(guān)系曲線和流量Q與時(shí)間t關(guān)系曲線。（3）從函數(shù)記錄儀上觀察

56、時(shí)間與壓力關(guān)系曲線走勢(shì)，當(dāng)泵壓上升至某一臨界值pb時(shí)，曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，巖壁破裂，立即關(guān)閉壓力泵停止加壓。4 測(cè)試步驟（續(xù)）（4）當(dāng)曲線下拐并逐步趨于穩(wěn)定后，打開(kāi)壓力泵閥門卸壓，并關(guān)閉記錄儀。 （5）按本條2-4款連續(xù)進(jìn)行3-4次加壓循環(huán)。 （6）測(cè)試完畢后，封隔器卸壓，排出封隔器內(nèi)的液壓劑，從鉆孔中移動(dòng)封隔器，按本條1-5款進(jìn)行下一測(cè)試段測(cè)試，直至全孔測(cè)試完成后，從鉆孔中取出封隔器。 （7）用定向印模器或鉆孔錄像儀記錄壓裂縫。當(dāng)使用定向印模器記錄壓裂縫時(shí)應(yīng)選擇破裂壓力明顯的壓裂段。5 測(cè)試成果整理 （1）根據(jù)實(shí)測(cè)壓裂過(guò)程曲線（圖），確定壓裂過(guò)程中各特征點(diǎn)參數(shù)。具體步驟如下：圖6.4-3 水壓致裂

57、過(guò)程與工程巖體應(yīng)力的關(guān)系5 測(cè)試成果整理(續(xù)) 利用兩個(gè)串聯(lián)的可膨脹橡膠封隔器（中間以花管和高壓油管聯(lián)接）加壓座封于孔壁上，形成壓裂段（即花管段）。 向壓裂段注水加壓，使其孔壁承受著逐漸增強(qiáng)的液壓作用。 當(dāng)泵壓上升至某一臨界值Pb（稱為破裂壓力）時(shí)，由于巖石破裂導(dǎo)致泵壓值急劇下降而流量值急劇上升。5 測(cè)試成果整理(續(xù)) 關(guān)閉壓力泵，當(dāng)泵壓開(kāi)始趨向穩(wěn)定時(shí)，此段壓裂過(guò)程曲線的拐點(diǎn)即為瞬時(shí)關(guān)閉壓力Ps。 當(dāng)泵壓趨向穩(wěn)定時(shí)，打開(kāi)壓力泵閥卸壓，壓裂段液壓作用被解除后破裂縫完全閉合，泵壓降為零。 重張，連續(xù)多次（宜為3-4次）加壓循環(huán)（此時(shí)壓力與時(shí)間關(guān)系曲線上的最高點(diǎn)即為重張壓力Pr），以便取得合理的壓裂

58、參數(shù)以及正確地判斷巖石破裂和裂縫延伸的過(guò)程。5 測(cè)試成果整理(續(xù)) （2）根據(jù)印?；蜚@孔錄像資料，繪制壓裂縫形狀，確定壓裂縫方位。（3）測(cè)試成果包括各測(cè)試段的破裂壓力pb、瞬時(shí)關(guān)閉壓力ps、重張壓力pr、孔隙壓力po、靜水壓力ph、巖體抗拉強(qiáng)度t、鉆孔橫截面上大主應(yīng)力SH及方位和小主應(yīng)力Sh。在水壓致裂過(guò)程中，隨著壓力段液壓增大，孔壁上切向有效壓應(yīng)力將逐漸下降，最終在某部位變?yōu)槔瓚?yīng)力，當(dāng)此拉應(yīng)力值等于或大于巖石的抗拉強(qiáng)度t時(shí)，孔壁上開(kāi)始出現(xiàn)裂縫，巖石破裂出現(xiàn)的臨界壓力Pb為5 測(cè)試成果整理(續(xù)) （） 式中 K孔隙滲透彈性參數(shù)，可在試驗(yàn)室內(nèi)確定，其變化范圍為1K2； 、 分別為鉆孔橫斷面上最大

59、、最小平面有效主應(yīng)力（MPa）。 對(duì)非滲透性巖石（巖石滲透系數(shù)小于1個(gè)呂容值），K值近似等于1。式（）可簡(jiǎn)化為： （） 5 測(cè)試成果整理(續(xù))（4）按下列公式計(jì)算巖體應(yīng)力： Sh=ps SH=3Shpbpo+t （） 或 SH=3Shprpo式中 SH、Sh分別為鉆孔橫斷面上的大、小平面主應(yīng)力； Pb巖體破裂單位壓力，MPa； Po巖體孔隙單位壓力，MPa； t巖體抗拉強(qiáng)度，MPa； Ps瞬時(shí)關(guān)閉單位壓力，MPa； Pr巖體重張單位壓力，MPa。當(dāng)壓力傳感器安置在地面時(shí)，實(shí)測(cè)的應(yīng)力還需疊加單位靜水壓力Ph（MPa）。 5 測(cè)試成果整理(續(xù))（5）當(dāng)鉆孔為鉛直方向時(shí)，鉆孔橫截面上大、小主應(yīng)力為最

60、大和最小水平主應(yīng)力，最大水平主應(yīng)力方向?yàn)樗矫鎯?nèi)破裂縫的方向。第五節(jié) 表面應(yīng)變法測(cè)試一 測(cè)試基本原理 巖體表面應(yīng)力測(cè)試是通過(guò)測(cè)量巖體表面應(yīng)變或位移來(lái)計(jì)算應(yīng)力，用于測(cè)量巖體表面或地下洞室圍巖表面受擾動(dòng)后重新分布的巖體應(yīng)力狀態(tài)。本測(cè)試方法包括兩種：表面應(yīng)力解除法和表面應(yīng)力恢復(fù)法。采用應(yīng)力恢復(fù)法需已知巖體某一主應(yīng)力的方向，然后根據(jù)主應(yīng)力方向來(lái)確定液壓枕和應(yīng)變計(jì)或位移計(jì)埋設(shè)方向。本方法適用于完整和較完整巖體。 二 測(cè)試方法 1 測(cè)區(qū)布置（1）測(cè)區(qū)及附近巖性應(yīng)均一完整。（2）每一測(cè)區(qū)應(yīng)布置2-3個(gè)測(cè)點(diǎn)，各測(cè)點(diǎn)應(yīng)盡量靠近，并避開(kāi)斷層、裂隙等不良地質(zhì)構(gòu)造。（3）當(dāng)需測(cè)求巖體三維應(yīng)力時(shí)，應(yīng)采用在現(xiàn)場(chǎng)平洞（最好