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旗山煤矿深部地应力测量及地应力场分布规律王波;高延法;朱伟【摘要】With the increasing of coal mining depth and intensity,the geostress plays more important roles in the displacement and damage of surrounding rock. It is very important to take geostress measurements and ana-lyze the distribution characteristics of the geostress fields in coal mining area. The geostress measurements have been conducted within the depths of - 1000 and - 850 m in Qishan Coal Mine by using stress relief method. The analysis of the measurement data indicates that: The geostress field in Qishan Coal Mine, in which the tectonic stress takes absolute predominance, is dominated by horizontal stress and belongs to typical tectonic stress field;The magnitudes of the geostress are super high stress level. The orientations of the maxi-mum horizontal principal stresses mainly concentrate on NW - SE121° ~ 140°,the average is 130 . Finally, combined with the tectonic movement to further explore the relationship between mining deep geostress field and geological structure.%随着矿井开采深度的增加，地应力对围岩变形与破坏的影响更加突出，在煤矿矿区进行地应力测量，并分析地应力场分布规律具有重要意义。
2017年第1期广东公路交通GuangDong GongLu JiaoTong总第148期文章编号：1671-7619 (2017)01-0045-05深埋特长隧道水压致裂法地应力测量与分析彭仙淼(广东省南粵交通投资建设有限公司，广州510101)摘要：对于深埋特长隧道，岩体的地应力状态直接关系到工程的稳定性。
准确地测量地应力，对于预测岩爆等工程地质灾害有着重大意义。
基于水压致裂法和室内岩体力学试验，研究了隧道围岩地应力状态，最后基于隧道地应力对岩爆发生的部位和等级进行了预测，为隧道的开挖与支护方案设计提供依据。
关键词：深埋特长隧道；地应力；围岩应力中图分类号:U456.2 文献标识码：B0概述地应力是指存在于地壳岩体内的未受工程扰 动的天然应力，亦称岩体初始应力。
它是导致地 壳岩体产生变形、断裂、褶皱乃至地震的根本作用 力。
精确测量地应力对于预测岩爆、地震等工程 地质灾害有着非常重大意义。
岩爆是岩体中聚积的弹性变形势能在一定条 件下的突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来 的现象。
它是岩石破裂过程的一种失稳形式，是 深埋特长隧道的主要地质灾害之一。
测量地应力 是研究围岩变形破坏机理和设计相关防治方案的 基本依据。
某高速公路位于粤东地区,穿越莲花山脉，将 建成全长6 175m的特长隧道，埋深最大达739m。
本文基于水压致裂法和室内岩体力学试验，分析 研究了隧道围岩地应力状态，基于隧道地应力对 岩爆发生的部位和等级进行了预测，为隧道的开 挖与支护方案设计提供依据。
1工程概况1.1工程简介该高速公路位于粤东地区，特长隧道是其控 制性工程。
隧道全长6 175m，最大埋深约739m。
隧址区受区域构造莲花山断裂带、莲花山断裂伴 生北西向断裂、桐子洋复向斜褶皱影响。
依据地 质调绘、遥感、物探及钻探资料，隧址区内分布多 条断裂。
1.2测试钻孔简介本次测试利用钻探孔CSZK14,使用水压致裂法进行地应力测量。
CSZK14钻孔地下水位约228m，钻孔靠近山脊部位。
水压致裂法地应力测量常见误差与修正水压致裂法地应力测量常见误差与修正陈兴强 1，2（1.中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安710043；2.陕西省铁道及地下交通工程重点实验室（中铁一院），西安 710043）摘要水压致裂法地应力测量在深埋长大铁路隧道等工程领域应用广泛，但不同技术人员对同一地区测量的结果差异明显。
测量实例表明，压裂测量、印模定向试验和计算参数选取过程中会产生误差。
误差产生的原因主要有压裂段落存在原生裂缝、原始测量参数取值不合理等。
通过压裂曲线特征判定压裂段岩芯是否完整、选择初始破裂压力较高的段落进行印模定向试验、选择压裂完全的循环读取破裂重张压力、选择拐点明显的循环读取瞬时闭合压力等措施可有效降低误差。
本文推荐的处理措施可为工程勘察和设计提供更多翔实、可靠的地应力数据。
关键词铁路隧道；勘察设计；现场试验；地应力测量；水压致裂法；测量误差；误差修正水压致裂法由美国学者Hubbert等［1］提出，最初主要应用于油田，后来Scheidegger［2］、Kehle［3］和Haimson［4］等分别在理论研究、实验室测试、现场测试等方面做了大量的工作，证实了水压致裂法测量地应力的可行性。
相对其他地应力测试方法，水压致裂法具有测量深度大、所需力学参数少、测量准确度较高、操作简单等优势。
尤其是该方法测量深度可达地下数千米，是其他方法无法比拟的。
目前美国油田内最深测量已达5 105 m［5］。
因此，在开发利用深部空间过程中，水压致裂法几乎成为了地应力分析唯一可行的方法。
近年来，随着山区高速铁路的增多，该方法逐渐应用于解决铁路深埋隧道问题，并在拉林铁路、成兰铁路、兰渝铁路等重要铁路通道广泛应用［6］。
理论上，水压致裂法地应力测量有3个假设：①岩石是线性、均匀和各向同性的弹性体；②岩石是完整的，压裂液体对岩石来说是非渗透的；③岩层中一个主应力的方向和钻孔轴线平行。
在上述理论和假设前提下，水压致裂法地应力测量的力学模型可简化为一个平面应变问题，即通过测得的相关参数，计算水平方向上的2个应力（最大水平主应力SH和最小水平主应力Sh），再通过垂向应力SV，从而得到测点地应力状态。
地应力测量方法1.水压至裂法水压致裂法地应力测试是通过在钻孔中封隔一小段钻孔，然后向封隔段注入高压流体，从而确定原位地应力的一种方法。
水压致裂法的2种方法试验设备相同，都有封隔器、印模器，使用高压泵泵入高压液体使围岩产生新裂隙或使原生裂隙重张。
常规水压致裂法(HF法)HF法是从射井方法移植而来，假定钻孔轴向为1个主应力方向，岩石均质、各向同性、连续、线弹性，采用抗拉破坏准则，在垂直于最小主应力方向出现对称裂缝，其仅能测得垂直于钻孔横截面上的二维应力。
在构造作用弱和地形平坦区，垂直孔所测结果可代表2个水平主应力，垂直应力约等于上覆岩体自重，裂缝方位为最大水平主应力方位。
HF法测试周期短，不需要岩石力学参数参与计算，适合工程初勘阶段，不需试验洞，可进行大深度测量，是目前惟一一种可直接进行深部地应力测定的方法。
通过对HF法的改进，德国大陆科学深钻计划(KTB)在主孔 6 000 m和9 000 m处已成功获得了地应力资料。
HF法是一种平面应力测量方法，为获得三维应力，YMizutaI和M KuriyagawaE提出3孔交汇地应力测量，我国长江科学院和地壳所也进行了大量的测试。
但研究表明，当钻孔轴向偏离主应力方向，其结果就有疑问，要精确获得三维地应力较困难。
为此，文献[7]基于最小主应力破坏准则，对3孔交汇HF法测试理论进行了完善，其有助于提高测量结果的计算精度，但还有待足够的测量数据来验证。
原生裂隙水压致裂法(HTPF法)HTPF法是HF法的发展，其要求在含有原生节理和裂隙的钻孔段进行裂隙重张试验以确定原位应力。
HTPF法假定裂隙面是平的，且面上应力一致。
对于深孔三维地应力直接测量，HTPF 法可进行大尺度的地壳地应力测试，很有发展前途。
HTPF法同HF法相比，假设少，不需考虑岩石破坏准则和孔隙水压力，在单孔中便可获得三维地应力。
但用HTPF法测试费时，且裂隙产状和位置的确定误差都可降低计算精度。
2.套钻孔应力解除法套钻孔应力解除法根据解除方式和传感器的安装部位分为探孔应力解除法、孔底应变解除法和孔壁切割解除法。
地应力的测量原理目前地应力测量方法有很多种，根据测量原理可分为三大类：第一类是以测定岩体中的应变、变形为依据的力学法，如应力恢复法、应力解除法及水压致裂法等；第二类是以测量岩体中声发射、声波传播规律、电阻率或其他物理量的变化为依据的地球物理方法；第三类是根据地质构造和井下岩体破坏状况提供的信息确定应力方向。
其中，应力解除法与水压致裂法得到比较广泛的应用，其他几种只能作为辅助方法。
1.应力解除法测试原理和技术1.1应力解除法测试原理具有初始应力的岩体，用人为的方法卸去其应力，在岩体恢复变形的过程中测试其应变，然后用弹性力学理论计算出地应力的大小，得出其方向、倾角。
目前国内外地应力测量普遍采用空心包体应变计测量技术。
KX一81型空心包体应变计由A、B、C 3组共12枚应变片嵌埋在1个壁厚约3 mm的空心环氧树脂圆筒中间，圆筒外表面与钻孔壁用专用环氧树脂胶黏结在一起，其是在澳大利亚CSIRO空心包体应变计的基础上研制出来的，是套钻孔应力解除法的一种，只需1个孔就能测量出某点的三维原岩应力，具有使用方便、安装操作简单、成本低、效率高等优点。
1.2完全温度补偿技术KX一81型空心包体应变计与其他许多应变测量仪器一样，均采用应变计作为敏感元件，并根据惠斯顿电桥的原理13J，将应变的变化转换成电压变化经放大后记录下来。
电阻应变计对温度变化是很敏感的，温度发生变化时应变计的电阻值将发生变化，从而产生虚假的附加应变值。
因此在现场测试中必须采取温度补偿措施。
惠斯顿电桥原理：平衡时，检流计所在支路电流为零，则有，（1）流过R1和R3的电流相同（记作I1），流过R2和R4的电流相同（记作I2）。
（2）B，D两点电位相等，即UB=UD。
因而有 I1R1=I2R2；个阻值已知，便可求得第四个电阻。
测量时，选择适当的电阻作为R1和R2，用一个可变电阻作为R3，令被测电阻充当R4，调节R3使电桥平衡，而且可利用高灵敏度的检流计来测零，故用电桥测电阻比用欧姆表精确。
潞新矿区地应力测试及分析关键词：潞新矿区地应力水压致裂应力场类型1 概述由于潞新矿区近年来采深逐渐增大，产能也逐年递增，巷道支护越来越多地经受动压、强烈矿压显现等困难条件考验。
而且潞新矿区未进行过详细的专项研究，基础数据比较缺乏，支护设计的科学性和合理性无法保证，因此非常有必要对潞新矿区巷道围岩地质进行详细的系统研究。
井下巷道开挖后，选择合适的位置首先进行地质力学参数测试，目的是详细掌握巷道围岩地质力学参数，为后续巷道的布置、设计和施工提供基础参数和科学依据。
2 煤岩体的地质特点及测试目的煤岩体内部含有裂隙、节理等多种多样的不连续面，岩体的变形情况及强度的形成在很大程度上受不连续面的影响，这也是岩体与岩块强度相差悬殊的原因。
另一方面，煤岩体含有内应力，围岩的变形和破坏受地应力场的影响较大。
所有关于岩体力学的研究、施工设计等活动必须在深入了解煤岩体地质力学特征的基础上逐步开展的，因此，要研究岩体力学，首先要从煤岩体地质力学开始起步，这样才有可能对研究对象产生比较全面、比较深刻的认知。
测试煤岩体地质力学，一方面是深化对煤岩体物理力学特性的认识，提高岩石力学测试理论与技术水平；更重要的一方面是将测试成果作为采煤工程施工设计的基础，以确保工程设计不偏离科学的轨道，确保工程活动顺利开展。
3 水压致裂法地应力测试原理及方法水压致裂法就平面应力测量来讲，基本假设条件有二：一是岩石完整，具有抗渗透性，且呈线弹性且各向同性；二是岩石中主应力之一的方向与钻孔轴。
据此，水压致裂的力学模型便可进一步简化为平面问题。
具体来讲，就是两个互相垂直的水平应力作用于图1中的一个带圆孔的无限大平面上。
基于弹性力学计算原理得知，圆孔孔壁夹角90度的a、b两点的应力分别是：也就是说，若对圆孔内施加的液压比孔壁岩石所承受的压力大，则最小切向应力a及其对称点a’的位置上将产生沿着与最小压应力方向垂直的方向扩展的张破裂。
我们将这个外加液压pb叫做临界破裂压力，它与孔壁破裂外的应力集中加上岩石的抗拉强度t相当，这些关系可通过下列公式反映出来：如果考虑岩石中所存在的孔隙压力p0，将有效应力换为区域主应力，上式将变为此处σh、σh分别为原地应力场中的最小和最大水平主应力。
水压致裂地应力测试方法在云南大理-丽江铁路隧道工程中的应
用
水压致裂地应力测试方法在云南大理-丽江铁路隧道工程中的应用利用水压致裂地应力测试方法对实际工程区进行了地应力测量,确定了工程区隧道围岩现今的地壳应力状态,即原地应力的大小和方向.根据地应力分布特征,分析了隧道开挖过程中发生岩爆等地质灾害的可能性.地应力测量数据的分析结果可作为隧道衬砌的设计、断面的选择及轴线方位的确定的科学依据.
作者：李金锁彭华马秀敏黎建文廖怀青杨绍喜LI Jin-suo PENG Hua MA Xiu-min LI Jian-wen LIAO Huai-qing YANG Shao-xi 作者单位：李金锁,彭华,马秀敏,LI Jin-suo,PENG Hua,MA Xiu-min(中国地质科学院地质力学研究所,北京,100081)
黎建文,廖怀青,杨绍喜,LI Jian-wen,LIAO Huai-qing,YANG Shao-xi(四川省西南大地工程物探有限公司,四川,成都,610072)
刊名：地质通报ISTIC PKU 英文刊名：GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA 年，卷(期)： 2006 25(5) 分类号： P5 关键词：水压致裂地应力场水平主压应力地质灾害铁路隧道工程云南。
