挤压性围岩隧道控制技术及破坏特性

2025-09-30 理论教育版权反馈

【摘要】：水压致裂法地应力测量是利用一对可膨胀的橡胶封隔器，在预定的测试深度内封隔一段钻孔，然后泵入液体对该段钻孔施压，根据压裂过程曲线的压力特征值计算地应力。水压致裂法地应力测量时，破裂缝产生在钻孔岩壁上拉应力最大的部位。综上所述，水压致裂法地应力测量中，可根据试验过程中得到的相关数据来确定钻孔最大、最小水平主应力大小，同时可以根据印模器记录的裂纹破裂方向确定最大水平主应力的方向。

水压致裂法地应力测量是利用一对可膨胀的橡胶封隔器，在预定的测试深度内封隔一段钻孔，然后泵入液体对该段钻孔施压，根据压裂过程曲线的压力特征值计算地应力。水压致裂法地应力测量原理以弹性力学平面问题为基础，并引入了如下三个假设:

①围岩是线性、均匀、各向同性的弹性体;

②围岩为多孔介质时，注入的流体按达西定律在岩体孔隙中流动;

③岩体中地应力的一个主方向为铅垂方向，与铅垂向测孔一致，大小等于上覆岩层的压力。(https://www.chuimin.cn)

根据弹性理论，当在具有应力场的岩体中钻一钻孔，钻孔周边岩体将产生二次应力场，水压致裂法地应力测量钻孔岩壁上的应力状态，是地应力二次应力场与液压引起的附加应力场的叠加，水压致裂法地应力测量的经典理论采用最大单轴拉应力破坏准则。水压致裂法地应力测量时，破裂缝产生在钻孔岩壁上拉应力最大的部位。在钻孔岩壁极角θ=0或π的位置上，也就是最大水平主应力方向，钻孔岩壁的切向应力最小(压应力为正)，当液压增加时，钻孔岩壁切向应力逐渐下降为拉应力状态。随着液压的增加，拉应力也逐渐增加，当拉应力等于或大于围岩的抗拉强度时，钻孔岩壁出现裂缝。这时承压段的液压就是破裂压力。钻孔周壁围岩破裂以后，立即关闭压裂泵，这时维持裂缝张开的瞬时关闭压力与裂纹面相垂直的最小水平主应力得到的平衡(考虑到孔隙水压力)。当钻孔周边围岩第一次破裂以后，对钻孔进行重复注液压至破裂缝继续张开，这时的压力为重张压力。由于围岩已经破碎，它的抗拉强度近似为零。

综上所述，水压致裂法地应力测量中，可根据试验过程中得到的相关数据来确定钻孔最大、最小水平主应力大小，同时可以根据印模器记录的裂纹破裂方向确定最大水平主应力的方向。

挤压性围岩隧道控制技术及破坏特性

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