深孔水压致裂地应力测量及应力场反演分析

合集下载

旗山煤矿深部地应力测量及地应力场分布规律

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。

深埋特长隧道水压致裂法地应力测量与分析

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的几个问题研究

出现经典的水压致裂压力曲线中破裂压
力Ｐ与重张压力Ｐ，的明显区别（如图１），而是出现与经典压力曲线中第一次
压裂后循环加压曲线形状类似、峰值相仿的情况（如图２所示）。所以，压裂段是否存在原生裂隙或其他地质构造很容易从压裂循环曲线中
ｌ钻孔岩壁上原生裂隙的鉴别和处理
水压致裂法地应力测量的前提之一是钻孔承压段岩壁上的破裂缝沿岩壁拉应力最大部位展开ｌ２ｊ。如
果压裂段的岩壁上存在原生裂隙或其他地质构造（包括软弱带），就不符合上述基本假定。在这种情况下，当压裂段承受足够高的液体压力时，初始开裂很可能发生在这些部位，而不再产生新的破裂缝。虽然也可根据重张压力和瞬时关闭压力计算地应力量值，但是瞬时关闭压力不再是原地应力场中的最小水
平主应力，也就不能按常规计算最大水平主应力，压裂缝方向也并非是最大水平主应力方下，高压水无需进一步克服岩石的抗拉强度来产生新的张裂缝隙，因而不会
石油天然气学报（江汉石油学院学报）２０１３年８月第３５卷第８期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｉｌａｎｄＧａｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｊ．ＪＨ）Ａｕｇ．２０］３Ｖｏ１．３５Ｎｏ．８

地应力测量方法

设局部坐标系为oxyz，则三个方向取坐标轴方向，另外三个方向取oxy、oyz、ozx平面内的轴角平分线方向，每个方向取样15~25块。
为消除端部效应，试件两端浇铸由环氧树脂或其他复合材料制成的端帽。
测试步骤
2、声发射测试
将试件放在单轴压缩试验机上加压，并同时监测加压过程中从试件中产生的声发射现象。
4.2.3 水压致裂法
（2）加液压将孔壁
压裂与重开
PbPb
①P0-孔隙水压力或地下水压力
②Pb-初始压裂压力 ③Ps-稳定开裂压力 ④Ps0-关闭压力 ⑤Pb0-重张压力
Pb0 Pb0
Ps
Ps
Ps0
Ps
Ps0
Ps
P0
P0
P0
图压裂过程泵压变化及特征压力
4.2.3 水压致裂法
各特征压力的物理意义 ①P0-岩体内孔隙水压力或地下水压力 ②Pb-注入钻孔内液压将孔壁压裂的初始压裂压力 ③Ps-液体进入岩体内连续的将岩体劈裂的液压，称为稳定开
4.2.3 水压致裂法
P
3水压致裂应ຫໍສະໝຸດ 测量原理如果采用图所示的水压致裂系统将钻孔某段封隔起来，并向该段钻孔注入高压水，当水压超过 3 2 和1岩石抗
拉强度T之和后，在＝ 0º处，
也即所在方位将发生孔壁开裂。设钻孔壁发生初始开裂
时的水压为，则有Pi
Pi 3 2 1 T
4.2.3 水压致裂法
水压致裂法的突出优点是能测量深部应力，已见报道的最大测深为5000m，这是其它方法所不能做到的。因此这种方法可用来测量深部地壳的构造应力场。同时，对于某些工程，如露天边坡工程，由于没有现成的地下井巷、隧道、峒室等可用来接近应力测量点，或者在地下工程的前期阶段，需要估计该工程区域的地应力场，也只有使用水压致裂法才是最经济实用的。

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

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。

地应力的测量方法

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。

某抽水蓄能电站水压致裂法地应力测试分析

ｒ
一
（等＋ｓ）ｉ一ｎ２
式中：ｎ为钻孔半径，ｒ为径向距离，为极径与轴Ｘ的夹角，，、和ｒ分别为径向应力，切向应力和剪切应力，和。分别为钻孑横截面上最大和最小主应力。Ｌ在孑周岩壁（－ａＬｒ）的应力状态为：
维普资讯
第７期（３４）第１期
［章编号］１０－８６（０８０ —０１０文０９２４２０）７００— ３
吉林
水
利
２００８年７月
某抽水蓄能电站水压致裂法地应力测试分析
王国军
（东省水利电力勘测设计研究院，广东广州５０７）广１１０
Ｏ一３Ｂ０ — Ｐ＇ｏａ－＂Ａ（）６
由于深孔围岩存在着孔隙水压力，实际上岩体的地应力由有效应力（石晶格骨架所承受岩的应力）和孔隙水压力Ｐ（石孔隙中的液体ｏ岩
［稿日期］２０ —０－３收０８３１
［摘要］由于水压致裂法能在深钻孔中测量岩石应力并且具有花费较少的优点，因而得到了广泛的应用。曩量原理表Ｉ明，水压致裂应力测量过程中的一些特征压力点，如破裂压力Ｐ、重张压力Ｐ、关闭压力Ｐ等与岩石应力有关。实例ｂｒｓ
＝＝：
（）２
水压致裂测试时，施加液压Ｐｗ产生的附加应力为：

潞新矿区地应力测试及分析

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
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。

地应力测量方法

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。

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。

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。

地应力场反演

地应力场反演
地应力场反演是指根据地下测量数据和观测结果，推断地下的地应力分布情况。

地应力是地质力学中一个重要的参数，它描述了地下岩石或土体所受到的应力状态。

在地应力场反演过程中，通常采用以下步骤：
1.数据采集：首先，需要进行地下测量和观测，如岩石力学
试验、地球物理勘测（如地震勘测、地电阻率测量）以及
测量地下水位等。

这些数据可以提供关于地下构造和力学
性质的信息。

2.数据解释与模拟：基于采集到的数据，可以进行解释和模
拟分析，以了解地下的地质结构和应力场分布。

使用地球
物理建模、地质力学模型、数值模拟等方法对数据进行处
理和分析，得到初步的地应力估计结果。

3.反演算法与优化：在地应力场反演中，可以使用不同的算
法和优化方法，如逆问题求解、最小二乘拟合、反演优化
等，将观测数据与模拟结果进行比较，通过不断调整模型
参数和拟合误差，逐步优化地应力场的反演结果。

4.结果验证与解释：最后，需要对反演结果进行验证和解释。

通过与现场实测数据或已知的地质结构、构造特征进行对
比，对反演结果的合理性和可靠性进行评估，并解释地下
应力分布的原因。

地应力场反演是一项复杂的工作，需要综合应用地质学、地球
物理学、地球力学和数学等多学科知识。

同时，由于地下情况的复杂性和测量数据的不确定性，反演结果可能存在一定的误差和不确定性，因此在解释和应用反演结果时需要谨慎分析。

水压致裂法地应力测量技术及工程应用

水压致裂法地应力测量技术及工程应用水压致裂法是地应力测量中最常用、可靠的方法之一，论文详细阐述了水压致裂法的测试原理、设备简介以及在现场钻孔中的测试步骤，介绍了如何从压力-时间曲线读取压裂特征值。

并结合测试实例，得出深部岩石三维地应力大小。

标签：水压致裂法；地应力测量；印模实验水压致裂法始于50年代石油开采用到的水力压裂技术，为提高采油量用水压在钻孔中人工制造裂隙。

1987年国际岩石力学会议确定水压致裂法为测定岩石力学的推荐方法之一，是目前测量深部应力最可靠最直接的方法，该方法操作较简单，测值可靠，可进行多次或重复测量[1]。

它是利用膨胀封隔器在已知深度上封隔一段钻孔，然后通过泵入流体对测段增压。

利用记录到的破坏压力、瞬时关井压力和重张压力确定水平主应力值。

由于此方法不需要套芯，克服了应力解除法应用上的缺点，可应用到深井测量，可以在煤矿井巷、水利隧洞、铁路隧道等领域推广使用。

1设备简介中国地质科学院地质力学研究所研发的SY-KX-2011水压致裂测试系统可满足深度两千米以内的裸孔应力测试（图1）。

此设备为单回路地应力测试系统[2]，单回路系统是指只用一个回次即可先后给封隔器和测试段加压，而双回路系统是通过两套独立的系统分别实现做封和实验段加压，双回路系统的优点是可以同时观察试验段和封隔器的压力变化，若封隔器压力不够漏水时，可以及时加压。

较双回路系统省时、准确，更适合孔径较小的钻孔，单回路仅通过一条高压管线（或钻杆）依次对封隔器和加压测试段施加液压，转换通过推拉活塞实现，可实现多次重复测量、任意段测量和小孔径测量等。

主要组成部分如下：1）高压水泵：电动轴向柱塞泵，型號250CY14-1B，最大压力为100MPa，最大流量为75ml/r，最大转速为2500r/min，重量为75kg。

2）高压油管：钢丝编织胶管结构，内径6±0.5mm，工作压力≦50MPa，试验压力51.5 MPa，用量约2捆100m段、20根1m段，配合三通管使用。

水压致裂法测量地应力试验方案

水压致裂法测量地应力试验方案一、试验目的。

咱们为啥要做这个水压致裂法测量地应力的试验呢？简单说就是想知道地底下那些石头啊、土啊到底承受着多大的压力，这就像是给地球做个体检，看看它内部的“压力指数”，对工程建设、地质研究啥的都特别重要。

二、试验地点。

1. 初步选址。

咱得找个有代表性的地方。

首先得远离那些人类活动特别频繁、可能会干扰试验结果的地方，像大型工厂或者交通枢纽。

考虑到地质构造的多样性，最好是那种既有岩石层又可能有不同岩性交错的地方。

比如说在山区里，有花岗岩、砂岩等不同岩石类型的区域就很不错。

2. 详细勘察。

到了初步选好的地方后，再进行详细的地质勘察。

拿着小锤子、放大镜啥的（当然实际会用更专业的设备啦），看看岩石的纹理、结构，有没有裂缝之类的。

还要查看周边的地形地貌，是不是容易积水，有没有山体滑坡的风险等，毕竟咱要在这儿安全地做试验嘛。

三、试验设备。

1. 水压致裂设备。

这是主角啊！就像一个超级水枪，不过是特别高科技的那种。

它能精确控制水的压力，把水注入到钻孔里，产生裂缝。

要选质量可靠、压力控制精度高的设备。

比如说压力控制能精确到0.1MPa的那种，就像你能精确控制给蛋糕抹奶油的量一样准确。

2. 钻孔设备。

得有个厉害的钻孔机，能钻出又直又深的孔。

这个钻孔机的钻头得是那种耐磨的，像金刚狼的爪子一样坚韧，能轻松穿透岩石层。

钻孔的深度和直径得根据咱们的试验要求来。

一般来说，钻孔深度可能会在十几米到几十米不等，直径大概在50 100毫米之间。

3. 测量仪器。

测量水压的仪器就像是水压的“温度计”，能准确显示水压力的大小。

精度也要高，误差不能太大，不然就像你量身高结果差了好几厘米一样离谱。

还有测量裂缝扩展的仪器，这就像是给裂缝装了个“小眼睛”，能看到裂缝是怎么一点点变大的。

四、试验步骤。

1. 钻孔。

把钻孔机搬到选定的位置，就像搬家似的，只不过这个“家”是在地上挖个洞。

然后小心翼翼地开始钻孔，一边钻一边注意观察钻出来的岩屑。

万福煤矿深部水压致裂地应力测量

量结果可为矿山建设和开采设计提供科学的依据。
关键词：岩石力学；水压致裂法；改进技术；地应力测量；超千米深部
பைடு நூலகம்
中图分类号：TD 311
文献标识码：A
文章编号：1000–6915(2006)05–1069–06
IN-SITU STRESS MEASUREMENT BY HYDRAULIC FRACTURING TECHNIQUE IN DEEP POSITION OF WANFU COAL MINE
2 测量技术和设备
2.1 传统水压致裂法存在的问题水压致裂法的原理和方法，国际岩石力学学会
(ISRM)已在 1987 年提出的建议方法中作了明确阐述[9]，但传统水压致裂法应用到深部岩体中还存在以下主要问题：
(1) 随着钻孔深度的增大，封隔器内外泥浆压力增大，将严重影响封隔器在测试过程中的自动收放，从而造成设备下放(移位)及提升困难。
(2) 采用双管回路，下放时容易旋转、打结，严重时不但造成试验失败，而且试验设备还可能卡在井下。
(3) 封隔器中心管受设备尺寸限制，强度低，不能承受深孔时的高压力。
(4) 记录仪所采集的数据为模拟信号，精度低。 (5) 电机、油压等采用人工控制，自动化程度低。 2.2 测试方法和设备的改进针对以上存在问题，在本次测量中对测试方法和设备进行了改进。主要包括： (1) 测量系统采用单回路系统，采用特殊密封的钻杆作为高压管道，由地面液压站通过高压管道向井下施加压力，保证测量系统有一定刚度，穿过上覆土层。 (2) 采用特殊结构的新型封隔器，耐压提高到 70 MPa。 (3) 采用新型井下高强度推拉开关，配合防泥浆低压释放阀，保证封隔器回缩，防止卡孔。 (4) 采用井下和井口两套测量系统，减少泥浆压力和水压力的干扰，提高测量精度。 (5) 对低压卸压阀进行现场调试，开启压力根据测试段深度而定，如本次 1 104 m 孔段开启压力为 5 MPa，以保证封隔器、印模器可靠工作。 (6) 为了防止钻杆内高压力传输时产生变形以及试压启动的瞬时振动而使管内铁锈脱落，导致液压管路堵塞，在回路中增设了防塞装置。

水压致裂法测试地应力简析

水压致裂法测试地应力简析刘强;洪昀【摘要】高地应力对地下工程危害大,对地应力测量十分必要.文章结合工程实例对现行公路规范推荐的“水压致裂法”地应力测试作简要的分析,具有一定的借鉴意义.【期刊名称】《安徽建筑》【年(卷),期】2016(023)003【总页数】3页(P168-170)【关键词】水压致裂法;地应力;简析【作者】刘强;洪昀【作者单位】安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司,安徽合肥230088;安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司,安徽合肥230088【正文语种】中文【中图分类】P315.72+7随着国民经济增长，地下工程日益增多，易形成高地应力现象，引起在工程施工过程中易引起岩爆、瓦斯突出、涌水、坍塌、边墙膨胀、底部鼓起出等严重安全问题。

因此地下工程如隧道工程选址时应尽量避开高应力区，选择在地应力变化不大、相对稳定的“安全岛”地段。

此外，通过模拟或计算，可以得知地应力集中、危险部位，拟定合理的施工工序。

因此地应力量测十分必要。

现场测试的岩体应力是自重应力、构造应力、剩余应力、变异应力等构成的综合应力场。

一般测量方法主要有地质调查分析法、应力解除法、应力恢复法和水压致裂法，均有优缺点。

现行的公路工程地质勘察规范推荐采用水压致裂法，现对水压致裂法作简要介绍。

水压致裂法是利用一对可膨胀的橡胶封隔器，在预定的测试深度封隔一段钻孔，然后泵入液压对封隔段施压，根据压裂过程曲线的特征值，可获得破裂压力、瞬时关闭压力、重张压力等压力参数，由破裂缝方向来直接推求平面地应力状态，再通过空间几何关系求得空间应力状态的地应力测试方法。

2.1 测试原理水压致裂法对岩体做如下的假设：——岩体是均匀、各向同性的线弹性体，符合弹性力学的一般假定；——岩体是多孔介质时，流体在孔隙内的流动符合达西定律。

水压致裂法地应力测试的力学原理以弹性平面问题假设，假设一个含有圆孔的无限大平板内作用着两向应力σH、σh（σH＞σh），如图1所示，则在孔周附近产生二次应力状态，如公式（1）～（3）。

水压致裂法基本测量原理

水压致裂法基本测量原理1.简介在油气开采过程中，为了增大油气井的产能，常常采用水压致裂法。

水压致裂法是通过高压水注入井孔，使岩石裂缝扩展，从而提高油气储层的渗透性和可采储量。

本文将介绍水压致裂法的基本测量原理。

2.水压致裂法的原理水压致裂法是一种通过施加高水压力使岩石破裂的方法。

其基本原理如下：注水1.：首先在井口注入高压水，通过油井管道输送到井底。

施加压力2.：高压水在井底形成地层压力，通过岩石裂缝进行传递。

岩石破裂3.：高压水力作用下，岩石裂缝扩展，形成裂缝网络。

油气释放4.：裂缝网络扩展后，储层中的油气得以释放，提高油气井的产能。

水压致裂法的成功与否，关键在于测量和控制施加的水压力及岩石的应力状态。

3.水压致裂法的基本测量原理水压致裂法的基本测量原理包括以下几个方面：3.1压力测量在水压致裂过程中，需要准确地测量施加的水压力，以确保施工的安全性和效果。

压力测量可以采用压力传感器和压力表进行。

压力传感器能够实时监测高压水在井底的压力变化，并转化为电信号输出。

而压力表则是一种直接显示压力数值的仪表。

3.2应力测量应力测量是判断岩石破裂程度和裂缝扩展情况的关键。

常用的应力测量方法有：应变测量-：通过放置应变计在井壁上，测量岩石的应变变化，从而间接反映内部应力的分布情况。

声波测量-：利用地震仪或超声波仪器，测量油井中传播的声波速度变化，推测岩石的应力状态。

裂缝监测-：通过在井口设置裂缝监测仪器，及时记录裂缝的数量、长度和扩展情况。

3.3流量测量流量测量用于测量注入井中的水量，以及裂缝扩展过程中的液体流动情况。

流量测量可以通过安装流量计和计量泵进行。

流量计可以准确记录流体的体积变化，而计量泵则能够控制注入井中的水量。

4.总结水压致裂法是一种常用的油气井开采方法，通过高压水的注入和岩石破裂，可以提高油气储层的渗透性和可采储量。

为了保证施工的安全性和效果，需要进行准确的测量和监测。

本文介绍了水压致裂法的基本测量原理，包括压力测量、应力测量和流量测量。

水压致裂法地应力测试

水压致裂法地应力测试1. 什么是水压致裂法1.1 简单概念嘿，大家好！今天咱们聊聊水压致裂法。

这可不是在海边玩水的方式，而是一种科学的测试方法！简单来说，就是用水的压力来找出地底下的“秘密”。

想象一下，把水压得像个“水压怪兽”一样，把石头“掰”开，然后看看石头里面藏了些什么。

这方法听起来是不是挺有趣的？1.2 为啥用水压？说起水压，这是个聪明的办法。

用水代替其他方法，省事又环保。

想象一下，传统方法可能用炸药，吓得地下小动物四处逃窜，而水压法就乖巧多了。

稳稳当当，既保护了小动物，又能把地下秘密一一揭晓。

2. 测试的步骤2.1 准备工作首先嘛，得准备好一堆设备。

比如，仪器、管道，当然还有源源不断的水。

想象你在厨房，准备开始一场烘焙，先把材料都准备齐全，没什么比这个重要的了！接下来，还得找个合适的地方，最好是比较干燥，不然我们可就要变成“大水怪”了。

2.2 注水测试然后就得开始注水了。

把水像个“小蛇”一样，通过管道注入到岩石缝隙里。

这个时候，水的压力会逐渐增大，那感觉就像一颗气球被不断充气，快要爆炸的样子。

接下来，观察岩石有没有裂缝。

这时候大家就像一群小侦探，目不转睛地盯着岩石，随着压力的增加，究竟会不会“啪”的一声裂开呢？3. 测试结果3.1 裂缝的解读如果岩石真的开裂了，那咱们就找到了重要的信息。

这些裂缝就像是一张地底藏宝图，告诉我们地壳的应力状态。

通过分析这些裂缝，科学家可以研究地下的构造、材料的承载力，真的是不可思议！就好比你在寻找宝藏，发现了一个个线索，让你更接近“终极大奖”。

3.2 应用前景那么，这玩意儿有什么用呢？可以说是大有可为啊！在建筑、矿业、石油勘探等方面，水压致裂法能提供准确的数据，帮助工程师们做出更好的决策，减少风险。

就像你打游戏的时候，提前了解敌人的弱点，会让你更加游刃有余！4. 小结所以说，水压致裂法可不是“玩水”的游戏，而是严肃的科学实验。

它利用水的力量，让我们能够深入了解地球内部的秘密。