考虑岩体非线弹性的深部地应力测量方法研究
发布时间：2021-11-12 03:11
地应力是地下岩体工程的基本荷载条件,也是地下岩体工程稳定安全分析中必须考虑的重要因素,对地下工程建设的设计和施工具有指导意义。目前基于岩体线弹性假设为前提的地应力测量理论在深部岩体地应力测量中产生了较大偏差,本文在研究了现有空心包体应力解除法测量理论基础上,分析了深部岩体在高应力状态下非线弹性变形特性,改进标定了适用于深部解除法试验方法与技术,提出了一种考虑应力解除过程的原岩应力分段叠加算法,同时对现有空心包体应变计在探头结构、胶结材料、采集方式等方面进行了优化,提高了测量的精确性、便捷性、稳定性。主要研究内容如下:（1）对山东黄金集团莱州三山岛金矿及甘肃金川集团镍矿二矿区埋深800m和1000m深部花岗岩进行花岗岩单轴、三轴静态力学加载试验。针对深部花岗岩试件结晶颗粒大,节理裂隙发育,不同试件之间差异较大等特性,设计了同一试件在多个围压下的三轴阶梯加载试验,通过分析同一岩样在围压1OMPa、30MPa、50MPa下弹性变形段应力-应变数据,建立了体应力与变形模量之间的非线弹性模型,模型中包含三个物理参量a、b、K0（c、d、Go）,并具有明确的物理含义。（2）针对现行围压率定试验装置...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－２?ＤＳＣＡ法测试原理及岩样差应变曲线示意图??（ａ）?ＤＳＣＡ法测试原理；（ｂ）岩样差应变曲线示意??图２－２?（Ｚ０是岩样在均匀静水围压作用下的应变响应曲线
似。??（３）差波速分析法??差波速分析法（ＤＷＶＡ）与差应变曲线分析法所遵循的基本原理一致，但??是差波速分析法是沿岩样周边测量声波速度。对不同测点（不同方位）上在不??同应力状态下的声波速度进行测试比较分析，就可以对原地应力状态进行估??算。该方法只能给出地应力方向，不能给出应力量值。该方法的适用范围与??ＤＳＣＡ法类似。??（４）圆周波速各向异性分析法??圆周波速各向异性分析法（ＣＶＡ）可以用来确定应力方位并分析岩芯内??部结构。由于岩芯内部的微裂隙一般会成组定向分布，如图２－３所示，岩芯??圆周波速会随测试位置的不同而发生变化，因为每个测试方向所穿过微裂隙??数目会不完全相同。在测试过程中，一般会沿着岩芯圆周按照固定角度间隔??测试多个点的声波速度，通常最大主应力方向上所产生的张开微裂隙最多，??故岩芯波速最低的方位即为最大主应力方向。如果能进一步比较分析岩芯声??波速度分布的理论曲线和实测曲线之间的差异，将能揭示更多关于测试岩芯??的信息。??波速增大??一？?－—?—?｜?、?＼?＿?ｊ?波速降低，一?％？，??＾Ｈｍｉｎ?ｉ??图２－３岩芯微裂隙效应的示意图??在实际测试过程中，有很多因素会给ＣＶＡ测试带来困难。例如有些岩石??内部很难发育微裂隙，有时微裂隙或许被其它因素所掩盖或者微裂隙对声波??速度影响很小，那么波速各向异性就很小了。最好的例子就是高孔隙率岩石，??微裂隙对声波速度各向异性影响很校当测点声波速度差异小于２％？３％时．??１１??
?北京科技大学博士学位论文???一般会延伸至岩芯的中心部位或者接近岩芯中心的部位，并沿与钻孔轴线或??者平行于钻孔轴线延伸传播一段距离。花瓣状裂纹的几何形状平行于钻头下??部的主应力迹线，如图２－５?Ｕ）所示。花瓣状裂纹沿＾和〇所定义的平面（与??＜７３垂直）发展，其中＜７１是垂直应力、钻头自重和液压加载应力之和Ｏ＇；：是原位??最大水平应力（７３为原位最小水平应力，花瓣状裂纹形成的力学示意图如图２－５??（ｆｌ）所示。因此花瓣状裂纹走向与原地应力场最大水平主压应力方向一致。??花瓣状裂纹间距通常大于饼状岩芯的厚度，裂纹间距有时呈现如图２－５?（６）??图是岩芯花瓣状裂纹形成的力学示意图。??；????＾／）＼＼?＼?Ｉ?｜ｖ?＾??（ａ）岩芯钻头前部ｆ主力分布示意图?（ｂ）花瓣状裂纹的形成与三向主应力??关系示意图??图２－５岩芯花瓣状裂纹形成的力学示意图??应力状态下，容易出现饼状岩芯现象。岩芯的诱发裂纹检测要求使用定??向岩芯，获取花瓣状裂纹和中心线花瓣状裂纹的数据过程中需要认真仔细检??查岩芯，并且认真记录花瓣状裂纹的规则间距和花瓣的形状特征，例如前面??所说的倾向、倾角以及倾角变化等。记录数据的异常值需与钻探地质志相对??照，例如扭矩、贯入度等其它可能影响花瓣状裂纹的因素相对比。花瓣状裂??纹的测量主要是测量岩芯上所形成的裂纹数据，并不需要特别专用的设备。??饼状岩芯或者岩芯诱发裂纹法主要取决于这两种现象是否会出现，利用两种??现象得到的应力方向相对较为准确，应力量值一般误差较大。??（６）声发射法??凯瑟效应指有应力状态下的材料发射声波的现象，故也称之为声发射??（ＡＥ），这种现象仅
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于分数阶微积分的岩石非线性黏弹性应力松弛模型研究[J]. 于怀昌,史广诚,刘汉东,邓绪彪,崔雪琳,潘广钊,席伟. 应用基础与工程科学学报. 2019(01)
[2]动静载荷作用下片麻岩蠕变实验及非线性扰动蠕变模型[J]. 王俊光,梁冰,杨鹏锦. 煤炭学报. 2019(01)
[3]基于应变软化指标的岩石非线性蠕变模型[J]. 金俊超,佘成学,尚朋阳. 岩土力学. 2019(06)
[4]深部花岗岩CSIRO地应力测量中高压双轴加卸载试验及非线弹性分析模型[J]. 乔兰,张亦海,李远,付双双. 岩石力学与工程学报. 2019(01)
[5]基于非线弹性CSIRO地应力测量技术及应用[J]. 张亦海,乔兰,李远. 哈尔滨工业大学学报. 2019(08)
[6]粗糙岩石裂隙低速非线性渗流模型及试验验证[J]. 熊峰,孙昊,姜清辉,叶祖洋,薛道锐,刘乳燕. 岩土力学. 2018(09)
[7]考虑孔隙压密的岩石非线性变形行为计算分析[J]. 王青元,朱万成,徐涛,刘洪磊,贾建功. 中国科学:技术科学. 2018(05)
[8]围压条件下岩石kaiser效应测量地应力试验[J]. 黄正均,张磊,刘钰,张栋. 实验室研究与探索. 2018(04)
[9]基于钻孔局部壁面应力解除法的深部页岩三维地应力计算方法[J]. 秦雨樵,汤华,吴振君,葛修润. 岩石力学与工程学报. 2018(06)
[10]岩石非定常Burgers蠕变模型及其参数识别[J]. 韩阳,谭跃虎,李二兵,段建立,濮仕坤. 工程力学. 2018(03)
博士论文
[1]准静态条件下岩石和混凝土类材料非线性弹性行为研究[D]. 王新宇.西安建筑科技大学 2016
[2]地应力分布规律及其对巷道围岩稳定性影响研究[D]. 高峰.中国矿业大学 2009
本文编号：3490048
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－２?ＤＳＣＡ法测试原理及岩样差应变曲线示意图??（ａ）?ＤＳＣＡ法测试原理；（ｂ）岩样差应变曲线示意??图２－２?（Ｚ０是岩样在均匀静水围压作用下的应变响应曲线
似。??（３）差波速分析法??差波速分析法（ＤＷＶＡ）与差应变曲线分析法所遵循的基本原理一致，但??是差波速分析法是沿岩样周边测量声波速度。对不同测点（不同方位）上在不??同应力状态下的声波速度进行测试比较分析，就可以对原地应力状态进行估??算。该方法只能给出地应力方向，不能给出应力量值。该方法的适用范围与??ＤＳＣＡ法类似。??（４）圆周波速各向异性分析法??圆周波速各向异性分析法（ＣＶＡ）可以用来确定应力方位并分析岩芯内??部结构。由于岩芯内部的微裂隙一般会成组定向分布，如图２－３所示，岩芯??圆周波速会随测试位置的不同而发生变化，因为每个测试方向所穿过微裂隙??数目会不完全相同。在测试过程中，一般会沿着岩芯圆周按照固定角度间隔??测试多个点的声波速度，通常最大主应力方向上所产生的张开微裂隙最多，??故岩芯波速最低的方位即为最大主应力方向。如果能进一步比较分析岩芯声??波速度分布的理论曲线和实测曲线之间的差异，将能揭示更多关于测试岩芯??的信息。??波速增大??一？?－—?—?｜?、?＼?＿?ｊ?波速降低，一?％？，??＾Ｈｍｉｎ?ｉ??图２－３岩芯微裂隙效应的示意图??在实际测试过程中，有很多因素会给ＣＶＡ测试带来困难。例如有些岩石??内部很难发育微裂隙，有时微裂隙或许被其它因素所掩盖或者微裂隙对声波??速度影响很小，那么波速各向异性就很小了。最好的例子就是高孔隙率岩石，??微裂隙对声波速度各向异性影响很校当测点声波速度差异小于２％？３％时．??１１??
?北京科技大学博士学位论文???一般会延伸至岩芯的中心部位或者接近岩芯中心的部位，并沿与钻孔轴线或??者平行于钻孔轴线延伸传播一段距离。花瓣状裂纹的几何形状平行于钻头下??部的主应力迹线，如图２－５?Ｕ）所示。花瓣状裂纹沿＾和〇所定义的平面（与??＜７３垂直）发展，其中＜７１是垂直应力、钻头自重和液压加载应力之和Ｏ＇；：是原位??最大水平应力（７３为原位最小水平应力，花瓣状裂纹形成的力学示意图如图２－５??（ｆｌ）所示。因此花瓣状裂纹走向与原地应力场最大水平主压应力方向一致。??花瓣状裂纹间距通常大于饼状岩芯的厚度，裂纹间距有时呈现如图２－５?（６）??图是岩芯花瓣状裂纹形成的力学示意图。??；????＾／）＼＼?＼?Ｉ?｜ｖ?＾??（ａ）岩芯钻头前部ｆ主力分布示意图?（ｂ）花瓣状裂纹的形成与三向主应力??关系示意图??图２－５岩芯花瓣状裂纹形成的力学示意图??应力状态下，容易出现饼状岩芯现象。岩芯的诱发裂纹检测要求使用定??向岩芯，获取花瓣状裂纹和中心线花瓣状裂纹的数据过程中需要认真仔细检??查岩芯，并且认真记录花瓣状裂纹的规则间距和花瓣的形状特征，例如前面??所说的倾向、倾角以及倾角变化等。记录数据的异常值需与钻探地质志相对??照，例如扭矩、贯入度等其它可能影响花瓣状裂纹的因素相对比。花瓣状裂??纹的测量主要是测量岩芯上所形成的裂纹数据，并不需要特别专用的设备。??饼状岩芯或者岩芯诱发裂纹法主要取决于这两种现象是否会出现，利用两种??现象得到的应力方向相对较为准确，应力量值一般误差较大。??（６）声发射法??凯瑟效应指有应力状态下的材料发射声波的现象，故也称之为声发射??（ＡＥ），这种现象仅
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于分数阶微积分的岩石非线性黏弹性应力松弛模型研究[J]. 于怀昌,史广诚,刘汉东,邓绪彪,崔雪琳,潘广钊,席伟. 应用基础与工程科学学报. 2019(01)
[2]动静载荷作用下片麻岩蠕变实验及非线性扰动蠕变模型[J]. 王俊光,梁冰,杨鹏锦. 煤炭学报. 2019(01)
[3]基于应变软化指标的岩石非线性蠕变模型[J]. 金俊超,佘成学,尚朋阳. 岩土力学. 2019(06)
[4]深部花岗岩CSIRO地应力测量中高压双轴加卸载试验及非线弹性分析模型[J]. 乔兰,张亦海,李远,付双双. 岩石力学与工程学报. 2019(01)
[5]基于非线弹性CSIRO地应力测量技术及应用[J]. 张亦海,乔兰,李远. 哈尔滨工业大学学报. 2019(08)
[6]粗糙岩石裂隙低速非线性渗流模型及试验验证[J]. 熊峰,孙昊,姜清辉,叶祖洋,薛道锐,刘乳燕. 岩土力学. 2018(09)
[7]考虑孔隙压密的岩石非线性变形行为计算分析[J]. 王青元,朱万成,徐涛,刘洪磊,贾建功. 中国科学:技术科学. 2018(05)
[8]围压条件下岩石kaiser效应测量地应力试验[J]. 黄正均,张磊,刘钰,张栋. 实验室研究与探索. 2018(04)
[9]基于钻孔局部壁面应力解除法的深部页岩三维地应力计算方法[J]. 秦雨樵,汤华,吴振君,葛修润. 岩石力学与工程学报. 2018(06)
[10]岩石非定常Burgers蠕变模型及其参数识别[J]. 韩阳,谭跃虎,李二兵,段建立,濮仕坤. 工程力学. 2018(03)
博士论文
[1]准静态条件下岩石和混凝土类材料非线性弹性行为研究[D]. 王新宇.西安建筑科技大学 2016
[2]地应力分布规律及其对巷道围岩稳定性影响研究[D]. 高峰.中国矿业大学 2009
本文编号：3490048
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