岩体初始应力状态的现场量测方法资料.pptx
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1、第三节 岩体初始应力状态的现场量测方法一、岩体应力现场量测方法概述1.目的:(1)了解岩体中存在的应力大小和方向(2)为分析岩体的工程受力状态以及为支护及岩体加固提供依据(3)预报岩体失稳破坏以及预报岩爆的有力工具2.2.方法分类方法分类(表6-1)二、水压致裂法二、水压致裂法(一)方法原理及技术(一)方法原理及技术要点:要点:通过液压泵向钻孔内拟定量测深度加液压将孔壁压裂,测定压裂过程中的各特征点压力及开裂方位,然后根据测得的压裂过程中泵压表的读数,计算测点附近岩体中地应力大小和方向。压裂点上下用止水封隔器密封,其结构如图6-6所示。水压致裂过程中泵压变化及其特征压力示于图6-7。P0PbP
2、sPs0P0Pb0Ps图 6-7 压裂过程泵压变化及特征压力图 6-6 止水、压裂工作原理PbPsPsPs0Pb0P0各特征压力的物理意义各特征压力的物理意义P0-岩体内孔隙水压力或地下水压力Pb-注入钻孔内液压将孔壁压裂的初始压裂压力Ps-液体进入岩体内连续的将岩体劈裂的液压,称为稳定开裂压力Ps0-关泵后压力表上保持的压力,称为关闭压力。如围岩渗透性大,该压力将逐渐衰减Pb0-停泵后重新开泵将裂缝压开的压力,称为开启压力(二)基本理论和计算公式(二)基本理论和计算公式当孔壁出现垂直裂缝时,设孔周边两个水平地应力分别为 和 ,孔壁还受有水压Pb.如图6-8。图 6-8 孔壁开裂力学模型a钻孔
3、周围岩体内应力钻孔周围岩体内应力(Kirsch.G-基尔斯解)在孔壁上r=a,有:当 时有最大拉应力最大拉应力:按最大拉应力理论,有(6-15)(6-16)将(6-15)代入(6-16)得孔壁开裂应力条件孔壁开裂应力条件(6-18)即孔壁开裂在与孔壁开裂在与 垂直垂直,的面上的面上式中:T0-岩体的抗强度若岩体中有孔隙水压力Pw,(6-18)式变成:(6-19)由图6-11知水泵重新加压使裂缝重新开裂的压力Pb0,则上式变成:(6-20)19和20两式对比得:Pb Pb0=T0(6-21)在关闭压力Pb0点上,孔壁已经开裂,则T0=0,稳定开裂压力由P0下降到Ps0。此时,ps0等于与裂缝垂直
4、的应力,即:求得主应力及岩体抗拉强度求得主应力及岩体抗拉强度(三)地应力剖面计算方法(四)地应力计算举例(四)地应力计算举例(1 1)垂向地应力计算)垂向地应力计算 宋芳屯油田井深与密度的函数关系:宋芳屯油田井深与密度的函数关系:芳深901井密度与深度关系曲线 宋芳屯油田上覆岩压计算公式:宋芳屯油田上覆岩压计算公式:(2 2)水平地应力)水平地应力由压裂曲线读取地应力计算参数由压裂曲线读取地应力计算参数:升35-21井P34(2)(1458.31468.2)压裂曲线破裂压力:破裂压力:P Pb b=24.5Mpa=24.5Mpa瞬时停泵压力瞬时停泵压力:P Ps0s0 =10.0MPa=10.
5、0MPa,裂缝重张压力裂缝重张压力:P Pb0b0 =20.0MPa=20.0MPa 确定最小水平地应力确定最小水平地应力:由由瞬瞬时时停停泵泵压压力力值值我我们们可可以以直直接接求求得得最最小小水水平平地地应应力力。瞬瞬时时停停泵泵地地面面压压力力加加上上井井内内压压裂裂液液的的液液柱柱压压力力便便可可推推算算出出井井下下压压力力,它它应应等等于于作作用用在在已已压压开开的的垂垂直直裂裂缝缝上上并并保保持持裂裂缝缝张张开开状状态态所需的压力,又恰好和最小水平地应力相平衡。所需的压力,又恰好和最小水平地应力相平衡。因因此此用用升升35-2135-21井井压压裂裂数数据据计计算算的的最最小小水水
6、平平主主应应力力为为24.624.6MPa.MPa.。确定最大水平地应力确定最大水平地应力:由由计计算算公公式式(2-212-21)可可求求最最大大水水平平地地应应力力,升升43-3143-31井井压压裂裂段的最大水平地应力为段的最大水平地应力为24.624.6MPaMPa。(2 2)水平构造应力系数)水平构造应力系数构造应力系数的确定:构造应力系数的确定:将地应力代入构造应力系数计算公式,可以计将地应力代入构造应力系数计算公式,可以计算构造应力系数,该构造应力系数为:算构造应力系数,该构造应力系数为:该构造水平地应力计算公式:该构造水平地应力计算公式:(3 3)水平地应力计算公式)水平地应力
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