简述数字式空心包体测地应力及工程应用

论文导读：灌满传感器和岩石之间的空隙，使得B135和C90两个应变片没有与岩石完全粘合，故出现上述情况；但是两个应变片的故障对整体测试结果影响不是很大。采用应力解除试验测得的钻孔应变值计算地应力时，需要知道测点岩石的弹性模量E和泊松比值。本次测点处岩石的弹性模量和泊松比值通过双轴试验测定：E=3

2.58GPa，泊松比υ=0.43。

[摘要]阐述了HI CELL数字型空心包体式三轴应力计基本构造和空心包体天然应力测量策略的基本原理，结合工程实践阐述对空心包体原岩应力实测策略。对用于应力计算的力学参数，必须要准确测试和选择精准的弹性模量，但泊松比取值范围小且对应力计算影响不大，参考有关资料取值即可。
[关键词]天然应力 空心包体 弹性模量
[中图分类号] P315.72+7 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-1-45-1
0引言
地应力测量[2]对隧道开挖支护数字式空心包体测地应力及工程应用由专注毕业论文与职称论文的www.7ctime.com提供,转载请保留.设计具有重要作用。准确的掌握隧道原岩应力状态，结合隧道工程地质调查、仿真模拟分析和岩石力学性质测试，可为隧道工程安全和稳定提供科学数据。
本次应力测量应用空心包体应力解除法，使用的测量元件为澳大利亚生产的HI数字式空心包体三轴应力计。该应力计可在单孔中通过一次套芯解除得到该点的三维应力状态。通常在测孔中进行多次测量，然后采用最小二乘法处理，求得最可信的测量数据，尽量减少人为误差。由于该策略具有测量精度高、操作简便等优点，其测试结果已被广泛应用于矿山、水工、隧道、地下洞室等工程设计中。
1HI CELL数字式空心包体原岩应力测试策略

1.1HI数字式空心包体应变计

数字式空心包体应变计主体为环氧树脂制成的空心圆筒（壁厚3mm），外径为36.5mm，内径为30.0mm。在其中间层直径为35.5mm处沿同一圆周等距离（120°）嵌埋着3组电阻应变花。每组应变花由4支应变片组成，互相间隔45°。

1.2HI数字式空心包体应变计工作原理

首先把装有环氧树脂的应力计圆筒放入直径为38-42mm的钻孔中进行固定。当深度达到预定的位置时，通过推动活塞将环氧树脂胶结剂挤出。利用安装杆来推进应力计圆筒来移动活塞，应力计中电缆能够提示挤出过程是否完成。
在安装之前，要用压缩空气进行吹干清理并且钻孔孔壁已准备好。当环氧树脂固化，应变传感器将会牢固地粘结好，与孔壁有1.5-2.0mm的距离，这是数据处理容许的范围之内。在套芯应力释放过程中，应变的响应可以通过数据电缆监测。数据电缆穿过钻杆和应变显示器与水旋转接头连接。在钻空套芯应力释放过程中，能够记录应变计的信息，并能够指示诸如岩芯裂隙，应力计脱胶或岩石的非弹性响应等情况。包含有应力计已恢复的套芯岩石可以放在压力室中重新施加应力以获得实际的岩石特性，如杨氏模量和泊松比。
2工程实践

2.1地质概况及工程现象

兰渝铁路某隧道：该隧道全长7462米，为单洞双线隧道，主要工程地质为白垩系剑阁组泥岩夹砂岩，节理裂隙发育，下伏地层中有多套含油气层，天然气浅层储集，局部富集形成气囊，施工中监测瓦斯浓度最高达2.78%。由于隧道瓦斯浓度很大，隧道停工一年多，隧道部分拱顶出现变形，为了确定支护和治理方案，遂决定采用HI数字式空心包体测隧道地应力。

2.2测试结果

根据测量数据绘出的应力解除曲线如图1所示。
由图1可知套心解除过程中，恢复应变随进尺深度的变化基本同步。在套孔解除深度达到应变花位置前，各应变片所测得的应变值一般很小，某些应变片甚至测得负的应变值，这是套孔引起应力转移的结果，相当于“开挖效应”。随着解除深度的增加，
许多曲线向相反的方向变化。最大的应变值发生在套孔钻头通过应变花附近时。当套孔深度超过测量断面一定距离后，应变值逐渐稳定下来，曲线趋于平缓，最终的应变稳定值将作为计算地应力的原始数据。上图明显发现B135和C90两个应变片出现不正常情况，说明在安装传感器时，胶水未灌满传感器和岩石之间的空隙，使得 B135和C90两个应变片没有与岩石完全粘合，故出现上述情况；但是两个应变片的故障对整体测试结果影响不是很大。采用应力解除试验测得的钻孔应变值计算地应力时，需要知道测点岩石的弹性模量E 和泊松比 值。本次测点处岩石的弹性模量和泊松比值通过双轴试验测定： E = 32.58GPa，泊松比υ= 0. 43。本次地应力实测结果：σ1 =1

3.8MPa， σ2=10.7MPa， σ3=7.8MPa。

2.3各参数因素影响大小分析

岩体应力测量资料的计算，主要是两个力学参数—弹性模量E和泊松比υ。众所周知，计算应力同弹性模量成正比，因此，选用弹性模量和准确地测试是获得正确天然应力的关键之一。
就一般岩体而言，υ在0.15一0.35之间，对非常软的岩体υ应略大于0.35总的说来，υ的取值范围变化并不是很大，由此产生的计算应力也差别很小。所以在应力计算过程中υ不是一个敏感参数，如果没有条件直接测量时，可以根据相关经验估计。
3结论
（1）HI数字式空心包体应变计测试地应力相对传统的测试而言简洁、快速、能较准确地量测出岩体中的天然应力；缺点：只能量测浅部（35米以内）天然应力，深度大了，套钻技术难度大、精度低。
（2）地应力是隧道大变形的主要因素。因此，该测试数据对隧道灾害的防治治理具有重要作用。
（3）必须准确测试岩芯弹性模量E，在应力计算中应力同E成正比。泊松比在应力计算中仅对 σ2和 σ3有一定影响，而且，泊松比的取值的范围较小，最终结果变化不大。所以对没有条件直接测量υ值的情况，可根据经验适当取值。
参考文献
[1]廖椿庭，施兆贤. 金川矿区原岩应力实测及在矿山设计中的应用[J]. 岩石力学与工程学报，1983，2（1）：103～112.
[2]王连捷，任希飞，丁原辰等. 地应力测量在采矿工程中的应用[M].北京：地震出版社，1994. 全文地址：www.7ctime.com/fzkxygclw/lw8436.html上一论文：探讨建设工程评标方法的应用