关于影响空心包体应变计地应力测量精度若干因素的讨论

空心包体应变计法测量地应力较其他地应力测量方法具有精度高、一次可测得三维应力的特点。蔡美峰教授对测量探头进行改进对最初的围压率定公式进行修正，大大提高空心包体地应力测量的精度。但是目前，空心包体地应力测量在实际操作、电路情况、温度变化以及率定公式等方面仍然存在一些误差。通过对国内目前使用的两种空心包体应变计探头在测量电路和温度补偿方面产生误差的大小和原因进行综合比较、分析，指出13线探头在电路方面产生的误差较小，而15线探头在温度补偿方面性能更优。详细分析目前使用的围压率定修正公式，指出蔡美峰教授推导的围压率定修正公式虽然较最初的率定公式在精度上有很大提高但未考虑树脂层受压产生抗力的影响，因此与实际情况也存在一定出入，并推导了完整形式的公式。     

应力解除法在某金矿地应力测量中的新进展

本文介绍了应力解除法在胶东某金矿地应力测量中的应用。在测量过程和结果计算中使用了改进型空心包体应变计,完全温度补偿技术,自动数据采集记录系统和双迭代法求解测点Ｋ系数、岩石弹性模量、泊松比和地应力的新方法,有效在保证了测量结果的精度。矿区地应力场实测结果和区域构造应力场显示了良好的一致性,有力地证明了实测结果的可靠性和正确性。     

空心包体式钻孔三向应变计测试技术探讨

探讨了澳大利亚CSIRO型空心包体式钻孔三向应变计的测量技术,重点介绍了测量元件应变片的布置形式和利用围压加载试验成果修正原始解除应变实测值的方法。对解除应变实测值的修正提出了具体方法,由修正后的解除应变推算的地应力实测值更精确。在三峡工程永久船闸开挖完成后岩体应力动态变化测量中,具体分析了测量元件应变片黏贴部位和角度的误差所引起的地应力实测值的误差,具体实施了对解除应变实测值的修正,实测的岩体应力动态变化更符合工程实际情况。     

深孔空心包体法地应力测量仪及其应用实例

 介绍用于深孔地应力测量的深孔空心包体法地应力测量仪的组成结构及辅助工具,并给出该仪器的应用实例。传统的应力解除仪器只适用于浅孔,不适用于深孔。深孔空心包体地应力测量仪将原来井上应变仪、井下空心包体应变计、电子罗盘等集成于一体,制成无电缆微型探头,测量时将微型探头安装到孔内预定位置进行测量。用该仪器在上海市浦东地震监测中心张江观测孔进行实际应用,获得365和385 m深处的三维地应力实测数据,测量结果显示张江观测孔最大主应力近水平,方向为近EW向,最大主应力值为8. 5～9.0 MPa,最小主应力近于铅直,大小与上覆岩层压力相近。实测表明深孔空心包体地应力测量仪适用于深孔三维地应力测量。     

地应力套心解除法测量精度的校验方法研究

介绍了国内外空心包体应变计等套心解除地应力测试技术的基本情况,套心解除测试技术测量精度研究的现状,进行测量精度校验研究的依据和重要意义。提出了一种在岩石洞室进行校验试验的装置,论述了校验试验环境、物理模型组成、试验过程和试验真值获取注意事项。首次给出并重点论述了二维和三维地应力测量精度的定量表述方法,给出了量值综合误差、量值最大误差、角度综合误差和角度最大误差公式,以及多样本的平均误差公式。对上述测量精度误差公式的表述效果进行了讨论,对比了在“一般情况下”和“极端情况下”综合误差和最大误差表述方式的效果,明确了表述公式的适用性。     

金川二矿深部1 000 m中段地应力测量 及应力状态研究

 金川镍矿是我国最大的硫化铜镍矿,而二矿又是金川镍矿的主力矿山。目前二矿已进入深部开采阶段,由于矿岩破碎、剧烈开采扰动以及巷道采场结构越来越复杂,加之应力状态的改变,围岩稳定性问题更加突出。为此在二矿深部1 000 m中段进行了系统的地应力测量,以了解深部应力分布特征及其变化规律。现场测试采用空心包体应力解除法,共获得7个测点的三维应力数据。地应力测量成果表明,在井下700～800 m深度范围内,最大主应力量值基本为20～30 MPa,大部分测点最大主应力方位为NNE～NE向,最大主应力倾角在40°以上,以水平应力为主导的应力作用特征发生改变。     

霍州矿区地应力分布规律实测研究

地应力是漫长地质时期形成的岩体内生应力,成因复杂、影响因素众多,是影响深井巷道围岩稳定性的重要因素之一.应用空心包体式三轴应变计,采用钻孔应力解除法系统地对霍州矿区现有主采煤层进行地应力现场实测,得到不同位置和埋深的实测地应力数据.通过对实测数据的系统分析,得出矿区范围内地应力场的分布规律,验证霍州矿区地壳浅部地应力场仍以水平应力为主.基于地应力实测数据和具体工程地质条件,采用FLAC3D对不同轴向煤矿巷道进行围岩稳定性数值分析.应用上述研究成果,对团柏矿八采区巷道顶板稳定性受最大水平地应力的影响程度进行分析.研究结果为霍州矿区采场合理布置及煤矿巷道支护设计强度提供计算参数,对于井巷布置和矿山安全高效生产具有重要指导意义.     

基于地应力实测的深部软岩巷道稳定性研究

唐口煤矿埋深较大,地压显现剧烈,在回风石门大巷、西翼辅助运输石门等不同构造部位布置3 个地应力测点,采用YH3B-3型环氧树脂三轴空心包体应变计按应力解除法进行了现场地应力的测试,获得了矿井地应力的大小、方向及分布规律。采用FLAC 3D 研究巷道轴向与水平构造应力呈不同夹角时对深部软岩巷道围岩稳定性的影响,为巷道的合理布置与支护设计提供了可靠依据;当最大水平应力方向与巷道轴向近似平行时,巷道围岩的变形量和塑性区范围较小,巷道变形破坏相对较小;当最大水平应力方向与巷道轴向垂直时,巷道围岩的变形量和塑性区范围最大,巷道变形剧烈、变形破坏严重。     

夏热季节地铁车站侧墙混凝土裂缝控制技术

通过对氧化镁膨胀剂、水化热调节剂作用机理的研究，补偿收缩混凝土配合比的设计，现场数据的采集与监测，适宜的施工和养护措施，实现了夏热季节苏州地铁7号线车站混凝土侧墙验证段无有害裂缝的目标。结果表明，采用水化热调节剂复掺氧化镁膨胀剂，兼具延缓混凝土早期水化进程、补偿收缩的双重效果，降低了夏热季节因混凝土水化温升快引起的侧墙上下层扰动裂缝的风险。相较于空白混凝土，验证段中心部温度修正后28 d应变减少了127.5με，温峰降低约7℃，温峰时间延迟约9 h。     

基于地应力现场实测与开采扰动能量积聚理论的岩爆预测研究

高地应力诱发的岩爆灾害是目前深部地下工程经常遇到的工程地质问题。现场地应力测量是岩爆预测的重要前提,根据三山岛金矿深部测量和岩体赋存状况的特点,优化应力解除测量技术并在矿区深部进行现场实测。提出采场岩爆发生的2个必要条件,即岩石具备储备高应变能的特性和采场具备高应变能积聚的应力环境。基于地应力实测与岩石力学室内试验结果,采用多准则判据对矿区深部发生岩爆的倾向性做出定性分析与评价。FLAC3D数值模拟分析揭示深部开采引起的采场围岩能量积聚、分布状况及变化规律。首次采用地震学的知识,对三山岛金矿未来深部开采过程中可能诱发岩爆的地点和级别做出预测。研究成果为深部地下工程岩爆的预测、预报提供新的思路和途径。     

补偿收缩混凝土在大型污水处理厂中的应用

氧化镁膨胀剂具有水化产物稳定、与混凝土强度发展相匹配的特点,在建筑领域中的应用越来越广泛。苏州工业园区第二污水处理厂工程主体结构防水混凝土采用氧化镁类补偿收缩混凝土,并根据实体结构监测数据制定相应施工技术。在施工环境、混凝土等级、氧化镁膨胀剂掺量一致的情况下,底板内部温度修正后微应变较侧墙大16～41με,侧墙结构收缩、开裂风险较底板高;实体结构温度修正后微应变最大值为25～73με,30d左右降至-12～29με,有效补偿混凝土温度收缩和干燥收缩,可知氧化镁类补偿收缩混凝土具有良好的抗裂效果。     

基于钻孔变形法的无线地应力测量系统及测试分析

随着电子技术的发展,各种不同的地应力测试设备也在逐渐往无线测量方向发展。设计基于钻孔变形法原理的无线地应力测量变形计,研发具备自动测量及采集数据的数字集成系统,并详细介绍该变形计的组成结构、测试原理、测量方法及标定验证。利用卡尔逊变形计标定台对变形计的钢环应变传感器进行标定,得到每个钢环变形时电压信号与钢环变形的Q值关系,结果显示,测量时钢环电压变化与钢环变形之间有良好的线性重复关系,单个钢环的分辨率可达0.025μm,测量精度提高约3倍;用铝质立方体及花岗岩试样进行探头整体标定试验,结果显示,变形计测量误差小于5%,绝对误差小于0.6 MPa,说明变形计测量结果测量准确,可以满足现场使用要求。地应力测量变形计的无线设计为深孔地应力的测量提供一条新途径,并且可以实现对套芯应力解除全过程中测量数据的连续读取,克服人工测读仅获得有限离散数据而导致测试精度不足的缺陷。     

车集矿深部三维初始地应力测量研究

岩体的初始地应力是地壳地层力学状态最基础的原始数据,是采矿工程围岩稳定性分析、开采与支护设计的一个基本参数。与其它地应力测量方法相比,空心包体应力解除法测量精度高且能一次测得三维应力,论述了其地应力测量原理,并采用改进的KX-81型空心包体式应力计实测了车集矿区深部4个测点的三维地应力大小和方向。通过结果分析获得车集矿地应力场的基本分布规律如下:各个主应力均为压应力,没有出现拉应力的现象,最大主应力倾角均小于6°,方位角介于SE10°—SW11°,为近水平南北方向,说明车集矿区域地应力以水平构造应力为主,根据应力回归公式可知,垂直应力基本上等于或略小于单位面积上覆盖岩层的重量,最大主应力随深度的增加而增加。测量结果对深部采矿设计和安全生产具有重要的指导意义。     

北岭煤矿地应力测量及其特征分析

为弄清北岭煤矿浅部应力状态及分布特征,采用空心包体应力解除法进行地应力测量。结果表明:该区的地应力以水平构造应力为主,且均为压应力;最大主应力位于近水平方向,为近东西向;各测点均有两个主应力接近水平方向,另一个主应力接近垂直方向,垂直主应力值基本等于自重应力;位于近水平面内的两个主应力值相差较大,三个测点近水平面内的两个主应力的比值分别为1.83、1.88、1.84;在同一平面内,地应力的大小和方向没有出现突变现象,说明矿区的地应力场比较均匀。此次地应力测量为矿区进行围岩稳定性分析及开挖设计科学化提供了理论依据。     

玲珑金矿深部地应力测量及矿区地应力场分布规律

 介绍玲珑金矿主矿区深部和浅部两期地应力测量的过程和结果。为提高测量结果的可靠性和准确性,采用完全温度补偿技术和实现完全温度补偿的空心包体应变计等一系列新的技术和方法,对传统的应力解除法进行重大改进。通过实测,获得矿区7个水平,18个测点的三维地应力大小和方向。根据实测结果,对玲珑金矿主矿区地应力场的分布规律进行定量的综合分析与研究。研究结果表明：(1) 玲珑金矿主矿区地应力场以水平构造应力为主导,最大水平主应力平均为自重应力的2.26倍;(2) 最大水平主应力的走向为NW向,基本与区域构造应力场最大主应力的方向相一致;(3) 垂直主应力值基本上等于或略大于自重应力值;(4) 深部与浅部相比,尽管岩性有较明显变化,但地应力场分布规律并没有显著改变;(5) 最大水平主应力、最小水平主应力和垂直主应力值均随深度呈几乎线性增长关系。     

官地水电站地下厂房区地应力测试与应用分析

为了确定雅砻江官地水电站地下厂房区初始地应力场,并为厂房及洞室系统的优化布置提供依据,在地下厂房区6个部位各布置了一个钻孔,采用空心包体式钻孔应变解除法进行了三维地应力测量。测试结果表明:最大主应力量值为20~22MPa,属中高应力区,最大水平主应力方向在NW~NNW之间。最大水平主应力与地下洞室初期布置方向夹角近90,°不利于洞室围岩的稳定性。为此,从综合考虑地应力和地质构造条件的角度,提出了调整地下厂房布置方向的优化建议。     

徐州矿区深部地应力测量及区域构造作用分析

为了指导徐州矿区深部巷道维护及开采安全,在5个埋深超过800 m的深井采用空心包体三维应力解除法进行了原岩地应力测量。实测数据表明：所有测点的最大水平主应力均略大于垂直主应力,方向呈NW-SE向, 近水平方向;由于受区域地质构造作用,地应力存在东西差异,西部和西北部矿井,近似呈静水压力型,东部矿井水平应力是垂向应力的1.19～1.23倍;分析了深井地应力量级、主应力与侧向系数随深度的分布规律;分析了区域郯—庐大断裂左旋平移的基础上形成的北东向徐—宿弧形推覆构造作用影响,确立了矿区实测地应力场与区域地质构造的一致性关系,为深部开采提供可靠的地应力基础数据。     

平顶山矿区地应力分布规律与空间区划研究

深埋地下工程往往面临着高地应力环境,在研究平顶山矿区区域地质构造演化规律的基础上,通过搜集平顶山矿区多组深部岩体地应力实测资料,得出矿区范围内地应力场的分布规律。按平顶山矿区地应力场类型和分布特点对其进行空间区划,将整个矿区划分为三部分,分别为西南部I区(自重应力场为主)、中部II区(构造应力场为主,水平构造应力影响微弱)和东部III区(构造应力场为主,且水平构造应力影响显著),并对每个分区的地应力分布特征及与地质构造的关系进行深入研究。为验证空间区划结果的科学性和合理性,采用空心包体应力解除法对9个测点进行现场地应力测试,结果表明:现场实测结果与空间区划结果具有较好的一致性。研究结果可为平顶山矿区井田开拓、巷道布置与支护设计等工程实践提供可靠的基础参数,提高工程设计的科学性、合理性与可靠性。     

BOFDA分布式光纤监测技术及其在桩基测试中的应用

布里渊光频域分析技术(Brillouin Optical Frequency Domain Analysis,BOFDA)是近年来在国际上研发成功的一种分布式光纤传感技术,该技术已经开始被广泛应用于结构体和工业设备等的温度和应变感测,而最新的分布式应变测试技术可达到20cm的空间分辨率和±2με的应变测试精度。文中首先介绍了BOFDA的工作原理以及技术验证,然后将该技术应用到钻孔灌注桩的桩身应变测量中,得到了桩身轴力及侧摩阻力的变化规律,并与钢筋应力计测得的桩身轴力数据做了对比,结果表明,BOFDA测试结果准确,可作为一种新型的桩基测试技术加以推广。     

水压致裂原地应力测试井下水压力数据采集系统及其应用研究

中国地震局地壳应力研究所首次研发了水压致裂原地应力测量井下压力数据采集系统。该系统的使用可以对井下压裂段的水压力进行较为精确的测量,克服了水压致裂测试系统柔性以及测段孔壁孔隙压力的不均匀性等因素对测试结果的影响,大大提高了水压致裂应力测试的精度。现场测试表明,井下压力采集系统运行的稳定性、环境适用性都达到了应用的要求。笔者课题组运用该系统成功的进行2个测段的原地应力测试,并分别对比分析各测段的井下和地面采集系统得到的数据。结果显示,测试深度越大,测试结果受系统柔性和其他不确定性因素的影响也越大,最终的计算结果误差也越大。压裂过程中,地面采集压裂曲线在升压阶段的压力梯度和井下压力采集曲线基本一致;降压阶段,地面采集曲线的压力梯度要明显大于井下数据采集曲线的压力梯度;地面压力采集计算得到各个压力特征值尤其重张压力值,以及原地应力值比井下数据采集得到的准确值要偏小。