钻孔水压致裂法在隧道地应力测试中的应用.doc
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钻孔水压致裂法在隧道地应力测试中的应用,22000字40页摘要深埋隧道往往存在高地应力聚集现象，高地应力工程病害主要表现为隧道开挖后洞内发生岩爆、软岩大变形等。通过选择适当位置，开展钻探深孔内地应力的测试和计算，预判隧道开挖后可能发生岩爆或软岩大变形段落，对指导隧道设计和施工中采用最佳断面几何形状、最佳隧道支护和衬砌起着...
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钻孔水压致裂法在隧道地应力测试中的应用
22000字 40页
摘要
深埋隧道往往存在高地应力聚集现象，高地应力工程病害主要表现为隧道开挖后洞内发生岩爆、软岩大变形等。通过选择适当位置，开展钻探深孔内地应力的测试和计算，预判隧道开挖后可能发生岩爆或软岩大变形段落，对指导隧道设计和施工中采用最佳断面几何形状、最佳隧道支护和衬砌起着重要的作用。
由于岩体天然应力是一个非可测的物理量，它只能通过两侧应力变化而引起的诸如位移、应变或电阻、电感、波速等可测物理量的变化值，然后基于某种假设反算出应力值。钻孔水压致裂法是目前测量地壳深部地应力的唯一方法，前提是:①岩石为线弹性各向同性。②岩石是非渗透性的。③岩石中有一主应力分量与钻孔轴线平行。根据测试结果，绘制压力与时间关系曲线，按弹性力学理论计算出地应力值。与其他应力测试方法相比，钻孔水压致裂法不需要套心，不受测量深度限制，不需要使用应变计或者变形计，实测的范围较大，且不必知道岩体的弹性参数，因此，在铁路隧道地应力测试中，钻孔水压致裂法得到了广泛的应用。
本文通过对岩体天然应力的经典分析，联系地应力的测试方法，详解钻孔水压致裂法地应力测试原理、方法、技术和存在问题，结合地应力钻孔施工工艺，取得了科学严谨的岩体力学数据，通过分析判断，为铁路隧道深孔勘察设计、施工提供可靠的科学依据。通过理论结合实践的方法使理论更好地服务于实践，同时也使实践更好地指导理论。
关键词：岩体天然应力；地应力测试；钻孔水压致裂法；钻进工艺；应用研究
Abstract
There always exits aggregation of high stress in deep tunnel.. High stress engineering disaster mainly occurs as the tunnel excavation of rock blasting, soft rock deformation and so on inside the cave. By choosing the appropriate location to carry out drilling deep stress testing and calculation of the Mainland, to judge the tunnel excavation or rock burst may occur after large deformation of soft rock passages, to guide the design and construction of the tunnel section with the best geometry of the best tunnel support and play an important role in lining.
As the rock mass stress is a non-measurable physical quantities, it can only be calculated based on some hypothetical by some changes value.and then calculated based on a hypothetical anti-stress value. Drilling hydraulic fracturing method is the only way to the measurement of deep crustal stress provided that: ① the linear elastic of the rocks is isotropic. ②rock is non-permeable. ③a component of principal stress axis is parallel with the drilling in rock. According to test results, we can render the pressure and time curve and then calculate the stress according to the theory of elasticity to stress. Compared with other stress testing methods, drilling hydraulic fracturing method does not require the sets of heart and without measurement of the depth limit,It either needn’t the use of strain gauges or distortion meter and measured a larger area, and do not know the elastic parameters of rock mass, Therefore, drilling hydraulic fracturing method has been widely used in the railway tunnel stress testing.
Based on the classic analysis of rock- natural stress and contacted with the stress testing methods, this thesis put forward research and outlines the drilling hydraulic fracturing stress testing principles, method, technique and existed problem . Combined with the stress drilling technology ,it has got some scientific rock -mechanics data. By analyzing the judge, it provided reliable scientific evidence for the railway tunnel hole survey, designing and construction.. The theoretical method of combining practice and theory to better serve the practice, but also to better guide to practice theory.
Key words: Rock natural stress;Stress testing; Drilling hydraulic fracturing method; Drilling process; Engineering applicationss
目 录
第一章 绪论 1
第一节 课题的提出及研究意义 1
第二节 钻孔水压致裂法测试的发展历史及现状 1
第三节 地应力测试在岩土工程中的重要意义 3
第四节 研究思路与方法 4
第二章 岩体中的地应力 5
第一节 地应力概述 5
第二节 地应力的分区性（以中国为例） 6
第三节 岩体中天然应力的分布特征 7
第四节 天然应力状态及影响因素 9
第三章 钻孔水压致裂法测试及地应力估算 11
第一节 常用地应力测试方法 11
第二节 钻孔水压致裂法原理 14
第三节 基本理论和计算公式 15
第四节 地应力的估算 17
第四章 钻孔水压致裂法测试的工程应用 21
第一节 工程地质概况 21
第二节 钻孔的布置与选择 21
第三节 钻孔钻进工艺 24
第四节 测试设备与步骤 27
第五节 测试结果与分析 30
第五章 结束语 32
致谢 34
参考文献 35
参考文献
【8】Cardy B H G,Brown E F.Rock M echanics forUnderground Mining[M].London：George Allenand Unwin.1993
【9】Kuriyagawa M，Kobayashi H，Matsunaga I，et a1．Application of hydraulic fracturing to three—dimensional in situ stress measurement[J]International Journal of Rock M echanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts， 1989， 26f6)： 587—593
【10】陈群策，李方全，毛吉震，水压致裂法三维地应力测量的实用性研究，地质力学报，2001年，第一期
【11】谭成轩，孙冶，王连捷，地应力测量值的注意的问题，地质力学学报，2003年，第三期
【12】刘越，王振宇，周志星，基于掌子面编录的隧道地质超前预报研究，人民黄河，2009年8月，第八期
【13】侯明勋，深部岩体三维地应力测量新方法、新原理及其相关问题研究，岩石力学与工程学报，2004年，第二十四期
【14】尤明庆，水压致裂法测量地应力方法的研究，岩土工程学报，2005年3月，第三期
【15】汪华君，水压致裂法测量地应力模拟方法研究，硕士论文，2003年
【16】黄醒春，岩石力学的参数，高等教育出版社，2005年11月，第一版
【17】Fairhurst C．Deformation，yield，rupture and stability of excavations atgreat depth[A]．In：Maury V，Fourmaintrax D ed．Rock at GreatDepth[C]．Rotterdam：A．A．Balkema， 1990．1103—1114．
【18】郭放良，伍法权，钱卫平，张彦山，乌鞘岭长大深埋隧道围岩变形与地应力关系的研究，岩石力学与工程学报，2006年11月，第十一期
【19】康勇，李晓红，王青海，姜永东，隧道地应力测试及岩爆预测研究，岩土力学，2005年，第六期
【20】陈建平，吴立，地下建筑工程设计与施工，中国地质大学出版社，2000年9月，第一版
22000字 40页
摘要
深埋隧道往往存在高地应力聚集现象，高地应力工程病害主要表现为隧道开挖后洞内发生岩爆、软岩大变形等。通过选择适当位置，开展钻探深孔内地应力的测试和计算，预判隧道开挖后可能发生岩爆或软岩大变形段落，对指导隧道设计和施工中采用最佳断面几何形状、最佳隧道支护和衬砌起着重要的作用。
由于岩体天然应力是一个非可测的物理量，它只能通过两侧应力变化而引起的诸如位移、应变或电阻、电感、波速等可测物理量的变化值，然后基于某种假设反算出应力值。钻孔水压致裂法是目前测量地壳深部地应力的唯一方法，前提是:①岩石为线弹性各向同性。②岩石是非渗透性的。③岩石中有一主应力分量与钻孔轴线平行。根据测试结果，绘制压力与时间关系曲线，按弹性力学理论计算出地应力值。与其他应力测试方法相比，钻孔水压致裂法不需要套心，不受测量深度限制，不需要使用应变计或者变形计，实测的范围较大，且不必知道岩体的弹性参数，因此，在铁路隧道地应力测试中，钻孔水压致裂法得到了广泛的应用。
本文通过对岩体天然应力的经典分析，联系地应力的测试方法，详解钻孔水压致裂法地应力测试原理、方法、技术和存在问题，结合地应力钻孔施工工艺，取得了科学严谨的岩体力学数据，通过分析判断，为铁路隧道深孔勘察设计、施工提供可靠的科学依据。通过理论结合实践的方法使理论更好地服务于实践，同时也使实践更好地指导理论。
关键词：岩体天然应力；地应力测试；钻孔水压致裂法；钻进工艺；应用研究
Abstract
There always exits aggregation of high stress in deep tunnel.. High stress engineering disaster mainly occurs as the tunnel excavation of rock blasting, soft rock deformation and so on inside the cave. By choosing the appropriate location to carry out drilling deep stress testing and calculation of the Mainland, to judge the tunnel excavation or rock burst may occur after large deformation of soft rock passages, to guide the design and construction of the tunnel section with the best geometry of the best tunnel support and play an important role in lining.
As the rock mass stress is a non-measurable physical quantities, it can only be calculated based on some hypothetical by some changes value.and then calculated based on a hypothetical anti-stress value. Drilling hydraulic fracturing method is the only way to the measurement of deep crustal stress provided that: ① the linear elastic of the rocks is isotropic. ②rock is non-permeable. ③a component of principal stress axis is parallel with the drilling in rock. According to test results, we can render the pressure and time curve and then calculate the stress according to the theory of elasticity to stress. Compared with other stress testing methods, drilling hydraulic fracturing method does not require the sets of heart and without measurement of the depth limit,It either needn’t the use of strain gauges or distortion meter and measured a larger area, and do not know the elastic parameters of rock mass, Therefore, drilling hydraulic fracturing method has been widely used in the railway tunnel stress testing.
Based on the classic analysis of rock- natural stress and contacted with the stress testing methods, this thesis put forward research and outlines the drilling hydraulic fracturing stress testing principles, method, technique and existed problem . Combined with the stress drilling technology ,it has got some scientific rock -mechanics data. By analyzing the judge, it provided reliable scientific evidence for the railway tunnel hole survey, designing and construction.. The theoretical method of combining practice and theory to better serve the practice, but also to better guide to practice theory.
Key words: Rock natural stress;Stress testing; Drilling hydraulic fracturing method; Drilling process; Engineering applicationss
目 录
第一章 绪论 1
第一节 课题的提出及研究意义 1
第二节 钻孔水压致裂法测试的发展历史及现状 1
第三节 地应力测试在岩土工程中的重要意义 3
第四节 研究思路与方法 4
第二章 岩体中的地应力 5
第一节 地应力概述 5
第二节 地应力的分区性（以中国为例） 6
第三节 岩体中天然应力的分布特征 7
第四节 天然应力状态及影响因素 9
第三章 钻孔水压致裂法测试及地应力估算 11
第一节 常用地应力测试方法 11
第二节 钻孔水压致裂法原理 14
第三节 基本理论和计算公式 15
第四节 地应力的估算 17
第四章 钻孔水压致裂法测试的工程应用 21
第一节 工程地质概况 21
第二节 钻孔的布置与选择 21
第三节 钻孔钻进工艺 24
第四节 测试设备与步骤 27
第五节 测试结果与分析 30
第五章 结束语 32
致谢 34
参考文献 35
参考文献
【8】Cardy B H G,Brown E F.Rock M echanics forUnderground Mining[M].London：George Allenand Unwin.1993
【9】Kuriyagawa M，Kobayashi H，Matsunaga I，et a1．Application of hydraulic fracturing to three—dimensional in situ stress measurement[J]International Journal of Rock M echanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts， 1989， 26f6)： 587—593
【10】陈群策，李方全，毛吉震，水压致裂法三维地应力测量的实用性研究，地质力学报，2001年，第一期
【11】谭成轩，孙冶，王连捷，地应力测量值的注意的问题，地质力学学报，2003年，第三期
【12】刘越，王振宇，周志星，基于掌子面编录的隧道地质超前预报研究，人民黄河，2009年8月，第八期
【13】侯明勋，深部岩体三维地应力测量新方法、新原理及其相关问题研究，岩石力学与工程学报，2004年，第二十四期
【14】尤明庆，水压致裂法测量地应力方法的研究，岩土工程学报，2005年3月，第三期
【15】汪华君，水压致裂法测量地应力模拟方法研究，硕士论文，2003年
【16】黄醒春，岩石力学的参数，高等教育出版社，2005年11月，第一版
【17】Fairhurst C．Deformation，yield，rupture and stability of excavations atgreat depth[A]．In：Maury V，Fourmaintrax D ed．Rock at GreatDepth[C]．Rotterdam：A．A．Balkema， 1990．1103—1114．
【18】郭放良，伍法权，钱卫平，张彦山，乌鞘岭长大深埋隧道围岩变形与地应力关系的研究，岩石力学与工程学报，2006年11月，第十一期
【19】康勇，李晓红，王青海，姜永东，隧道地应力测试及岩爆预测研究，岩土力学，2005年，第六期
【20】陈建平，吴立，地下建筑工程设计与施工，中国地质大学出版社，2000年9月，第一版
