壓性或壓扭性結(jié)構(gòu)面法向應(yīng)力快速測定方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及壓性或壓扭性結(jié)構(gòu)面法向應(yīng)力快速測定方法。發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供壓性或壓扭性結(jié)構(gòu)面法向應(yīng)力快速測定方法。解決該問題的技術(shù)方案是：A、根據(jù)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀確定鉆孔方向進(jìn)行鉆孔；B、封閉包含結(jié)構(gòu)面的鉆孔形成測試段；C、先后對測試段進(jìn)行三次注水加壓循環(huán)試驗(yàn)，獲得測試段壓力-時(shí)間曲線；D、對測試段印模，獲得結(jié)構(gòu)面在孔壁的展布特征；若結(jié)構(gòu)面附近沒有羽狀裂隙且孔壁完整巖體段無新裂紋，轉(zhuǎn)至E；否則轉(zhuǎn)至A；E、據(jù)壓力-時(shí)間曲線，獲得關(guān)閉壓力閥后壓力曲線的拐點(diǎn)；若后兩次試驗(yàn)中拐點(diǎn)值差別在15%以內(nèi)，取平均值作為結(jié)構(gòu)面法向應(yīng)力；否則取第二次試驗(yàn)的拐點(diǎn)值作為結(jié)構(gòu)面法向應(yīng)力。本發(fā)明用于水利水電工程領(lǐng)域。
【專利說明】壓性或壓扭性結(jié)構(gòu)面法向應(yīng)力快速測定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)面法向應(yīng)力快速測定方法，特別是一種壓性或壓扭性結(jié)構(gòu)面法向應(yīng)力快速測定方法，主要適用于水利水電工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國內(nèi)外的抽水蓄能電站和長引水電站都可能遭遇到高壓內(nèi)水壓力劈裂構(gòu)造結(jié)構(gòu)面的情況，進(jìn)而導(dǎo)致大量的滲漏，危害工程運(yùn)行期的安全。對于內(nèi)水壓力極高的水工隧洞，這類問題特別需要關(guān)注，尤其是當(dāng)隧洞沿線存在優(yōu)勢展布的結(jié)構(gòu)面時(shí)，確定典型結(jié)構(gòu)的法向應(yīng)力成為水工隧洞設(shè)計(jì)中需要明確的邊界條件，這也是確定鋼襯或混凝土襯砌范圍的主要依據(jù)。
[0003]目前在完整巖體中的水壓致裂地應(yīng)力測量方法比較成熟，即在巖體中鉆孔，并通過巖芯或聲波測試資料選擇完整段進(jìn)行測試。通過兩個(gè)分隔器封閉一段完整鉆孔形成測試段，然后對測試段進(jìn)行壓水試驗(yàn)，直至封隔段的圍巖被脹開裂紋，并使多次壓水循環(huán)使得裂紋充分?jǐn)U展，記錄多個(gè)循環(huán)中的壓力一時(shí)間曲線；通過印模采集測試被脹開的裂紋。結(jié)合印模結(jié)果和壓力一時(shí)間曲線可以求得測試斷面上的最小主應(yīng)力和最大主應(yīng)力。
[0004]然而目前還沒有專門針對結(jié)構(gòu)面法向壓力的測試方法，即上述水壓致裂的地應(yīng)力測試方法不適用于封隔段含有原生裂隙的情況。本發(fā)明在傳統(tǒng)水壓致裂地應(yīng)力測量技術(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)展出測量光滑、閉合結(jié)構(gòu)面法向應(yīng)力的測量方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:針對上述存在的問題提供一種操作簡便的壓性或壓扭性結(jié)構(gòu)面法向應(yīng)力快速測定方法，能夠直接獲得光滑、閉合結(jié)構(gòu)面的法向應(yīng)力，不受巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù)的影響。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:壓性或壓扭性結(jié)構(gòu)面法向應(yīng)力快速測定方法，其特征在于步驟如下:
A、根據(jù)所需測定結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀確定鉆孔方向進(jìn)行鉆孔，保證鉆孔穿過所需測定結(jié)構(gòu)面，同時(shí)確保結(jié)構(gòu)面與鉆孔軸線方向的夾角為15-60度；
B、采用兩個(gè)封隔器封閉包含結(jié)構(gòu)面的局部鉆孔形成測試段，保證該測試段的長度為
0.5-0.Sm,同時(shí)確保結(jié)構(gòu)面在鉆孔內(nèi)所揭露的部分距離封隔器的距離不小于0.15m ；
C、先后對測試段進(jìn)行三次注水加壓循環(huán)試驗(yàn)，獲得測試段壓力-時(shí)間曲線；每個(gè)循環(huán)試驗(yàn)累計(jì)時(shí)間不小于5分鐘，包含注水加壓、關(guān)閉壓力閥和恢復(fù)初始壓力三個(gè)階段；試驗(yàn)過程中記錄兩個(gè)封隔器的壓力數(shù)據(jù)，并確保后面兩次試驗(yàn)中封隔器的壓力比第一次試驗(yàn)時(shí)的最大壓力大2MPa以上；
D、對測試段進(jìn)行印模，獲得結(jié)構(gòu)面在孔壁的展布特征；若結(jié)構(gòu)面附近沒有羽狀裂隙且孔壁完整巖體段未出現(xiàn)新裂紋，則轉(zhuǎn)至步驟E ;否則，轉(zhuǎn)至步驟A ;
E、根據(jù)步驟C得到的壓力-時(shí)間曲線，用作圖的方式獲得關(guān)閉壓力閥門后壓力曲線的拐點(diǎn)；若第二次和第三次試驗(yàn)中該拐點(diǎn)的值差別在15%以內(nèi)，則取二者平均值作為結(jié)構(gòu)面的法向應(yīng)力；否則取第二次試驗(yàn)的拐點(diǎn)值作為結(jié)構(gòu)面的法向應(yīng)力。
[0007]步驟C中，三次注水加壓循環(huán)試驗(yàn)步驟如下:
Cl、向測試段內(nèi)注水加壓，當(dāng)壓力曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)，關(guān)閉加壓系統(tǒng)的壓力閥，該過程控制在1-2分鐘；同時(shí)記錄測試段的壓力衰減過程，該階段持續(xù)至少3分鐘；然后打開注水閥門恢復(fù)測試段的水壓力為初始值，即完成第一次循環(huán)試驗(yàn)；
C2、前一循環(huán)試驗(yàn)結(jié)束2分鐘后，再次向測試段內(nèi)注水加壓，當(dāng)壓力曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)，關(guān)閉加壓系統(tǒng)的壓力閥，該過程控制在1-2分鐘；同時(shí)記錄測試段的壓力衰減過程，該階段持續(xù)至少3分鐘；然后打開注水閥門恢復(fù)測試段的水壓力為初始值，即完成第二次循環(huán)試驗(yàn);
C3、重復(fù)步驟C2完成第三次循環(huán)試驗(yàn)。
[0008]步驟A中，采用直徑76mm的鉆頭進(jìn)行鉆孔。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過在測試段進(jìn)行三次注水加壓循環(huán)試驗(yàn)，獲得測試段壓力-時(shí)間曲線，并對該曲線進(jìn)行解譯，從而直接得到光滑、閉合結(jié)構(gòu)面的法向應(yīng)力，測量結(jié)果不受巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù)的影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。
[0011]圖2是本發(fā)明中測試段的壓力-時(shí)間曲線圖。
[0012]圖3是圖2中用作圖方式獲得關(guān)閉壓力閥門后壓力曲線拐點(diǎn)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖1所示，本實(shí)施例利用結(jié)構(gòu)面在壓水試驗(yàn)中的劈裂特征，通過解譯壓力-時(shí)間(p-t)曲線獲得結(jié)構(gòu)面的法向壓力，即通過水壓力脹開結(jié)構(gòu)面，記錄結(jié)構(gòu)面打開和關(guān)閉過程中的壓力變化，并通過解譯壓力變化曲線獲得結(jié)構(gòu)面法向應(yīng)力的數(shù)值，其步驟如下:
A、對測試區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)素描工作，估計(jì)需要測試的結(jié)構(gòu)面I傾角和延伸條件。
[0014]B、采用76mm直徑的鉆頭鉆孔，并保證鉆孔2穿過所需測定法向應(yīng)力的結(jié)構(gòu)面1，同時(shí)采用鉆孔攝像和聲波鉆孔攝像對鉆孔2進(jìn)行掃描，確定所需測定結(jié)構(gòu)面I的實(shí)際產(chǎn)狀，通過調(diào)整鉆孔方向使得鉆孔2軸線與結(jié)構(gòu)面2之間的夾角為15?60°。
[0015]C、采用兩個(gè)封隔器3封閉包含結(jié)構(gòu)面I的局部鉆孔形成測試段4 (即結(jié)構(gòu)面在鉆孔段的揭示長度全部包含在測試段內(nèi))，保證該測試段的長度為0.5-0.Sm,同時(shí)確保結(jié)構(gòu)面I在鉆孔2內(nèi)所揭露的部分距離封隔器3的距離不小于0.15m。
[0016]D、先后對測試段4進(jìn)行三次注水加壓循環(huán)試驗(yàn)，獲得測試段壓力-時(shí)間曲線，如圖2所示；每個(gè)循環(huán)試驗(yàn)累計(jì)時(shí)間不小于5分鐘，包含注水加壓、關(guān)閉壓力閥和恢復(fù)初始壓力三個(gè)階段；試驗(yàn)過程中記錄兩個(gè)封隔器3的壓力數(shù)據(jù)，并確保后面兩次試驗(yàn)中封隔器3的壓力比第一次試驗(yàn)時(shí)的最大壓力大2MPa以上。
[0017]第一次循環(huán)試驗(yàn):首先向測試段4內(nèi)緩慢注水加壓至破裂壓力，即壓力曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，隨即關(guān)閉加壓系統(tǒng)的壓力閥并確保測試段不出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，該過程(注水加壓過程)控制在1-2分鐘；關(guān)閉閥門后記錄測試段4的壓力衰減過程，該階段(關(guān)閉壓力閥記錄壓力衰減過程)持續(xù)至少3分鐘；然后打開注水閥門恢復(fù)測試段4的水壓力為初始值，即接近零的水平。
[0018]第二次循環(huán)試驗(yàn):待第一次循環(huán)試驗(yàn)結(jié)束2分鐘后進(jìn)行第二次循環(huán)試驗(yàn)，即向測試段4內(nèi)緩慢注水加壓，當(dāng)壓力曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)，停止加壓，關(guān)閉加壓系統(tǒng)的壓力閥并確保測試段不出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，該過程(注水加壓過程)控制在1-2分鐘；關(guān)閉閥門后記錄測試段4的壓力衰減過程，該階段(關(guān)閉壓力閥記錄壓力衰減過程)持續(xù)至少3分鐘；然后打開注水閥門恢復(fù)測試段4的水壓力為初始值，即接近零的水平。
[0019]第三次循環(huán)試驗(yàn):與第二次循環(huán)試驗(yàn)完全相同。
[0020]E、對測試段4進(jìn)行印模，獲得結(jié)構(gòu)面I在孔壁的展布特征；若結(jié)構(gòu)面I附近沒有羽狀裂隙、孔壁完整巖體段未出現(xiàn)新裂紋，則轉(zhuǎn)至步驟E ;否則，試驗(yàn)失敗，轉(zhuǎn)至步驟A重新進(jìn)行測試。
[0021]F、根據(jù)步驟D得到的壓力-時(shí)間曲線，用作圖的方式獲得關(guān)閉壓力閥門后壓力曲線的拐點(diǎn)，如圖3所示；若第二次和第三次試驗(yàn)中該拐點(diǎn)的值差別在15%以內(nèi)，則取二者平均值作為結(jié)構(gòu)面I的法向應(yīng)力；否則(差別超過15%)取第二次試驗(yàn)的拐點(diǎn)值作為結(jié)構(gòu)面I的法向應(yīng)力。
【權(quán)利要求】
1.一種壓性或壓扭性結(jié)構(gòu)面法向應(yīng)力快速測定方法，其特征在于步驟如下: A、根據(jù)所需測定結(jié)構(gòu)面(I)的產(chǎn)狀確定鉆孔方向進(jìn)行鉆孔，保證鉆孔(2)穿過所需測定結(jié)構(gòu)面(1)，同時(shí)確保結(jié)構(gòu)面(I)與鉆孔(2)軸線方向的夾角為15-60度； B、采用兩個(gè)封隔器(3)封閉包含結(jié)構(gòu)面(I)的局部鉆孔形成測試段(4)，保證該測試段的長度為0.5-0.Sm，同時(shí)確保結(jié)構(gòu)面(I)在鉆孔(2)內(nèi)所揭露的部分距離封隔器(3)的距離不小于0.15m ； C、先后對測試段(4)進(jìn)行三次注水加壓循環(huán)試驗(yàn)，獲得測試段壓力-時(shí)間曲線；每個(gè)循環(huán)試驗(yàn)累計(jì)時(shí)間不小于5分鐘，包含注水加壓、關(guān)閉壓力閥和恢復(fù)初始壓力三個(gè)階段；試驗(yàn)過程中記錄兩個(gè)封隔器(3)的壓力數(shù)據(jù)，并確保后面兩次試驗(yàn)中封隔器(3)的壓力比第一次試驗(yàn)時(shí)的最大壓力大2MPa以上； D、對測試段(4)進(jìn)行印模，獲得結(jié)構(gòu)面(I)在孔壁的展布特征；若結(jié)構(gòu)面(I)附近沒有羽狀裂隙且孔壁完整巖體段未出現(xiàn)新裂紋，則轉(zhuǎn)至步驟E ;否則，轉(zhuǎn)至步驟A ; E、根據(jù)步驟C得到的壓力-時(shí)間曲線，用作圖的方式獲得關(guān)閉壓力閥門后壓力曲線的拐點(diǎn)；若第二次和第三次試驗(yàn)中該拐點(diǎn)的值差別在15%以內(nèi)，則取二者平均值作為結(jié)構(gòu)面(O的法向應(yīng)力；否則取第二次試驗(yàn)的拐點(diǎn)值作為結(jié)構(gòu)面(I)的法向應(yīng)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓性或壓扭性結(jié)構(gòu)面法向應(yīng)力快速測定方法，其特征在于:步驟C中，三次注水加壓循環(huán)試驗(yàn)步驟如下: Cl、向測試段(4)內(nèi)注水加壓，當(dāng)壓力曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)，關(guān)閉加壓系統(tǒng)的壓力閥，該過程控制在1-2分鐘；同時(shí)記錄測試段(4)的壓力衰減過程，該階段持續(xù)至少3分鐘；然后打開注水閥門恢復(fù)測試段(4)的水壓力為初始值，即完成第一次循環(huán)試驗(yàn)； C2、前一循環(huán)試驗(yàn)結(jié)束2分鐘后，再次向測試段(4)內(nèi)注水加壓，當(dāng)壓力曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)，關(guān)閉加壓系統(tǒng)的壓力閥，該過程控制在1-2分鐘；同時(shí)記錄測試段(4)的壓力衰減過程，該階段持續(xù)至少3分鐘；然后打開注水閥門恢復(fù)測試段(4)的水壓力為初始值，即完成第二次循環(huán)試驗(yàn)； C3、重復(fù)步驟C2完成第三次循環(huán)試驗(yàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓性或壓扭性結(jié)構(gòu)面法向應(yīng)力快速測定方法，其特征在于:步驟A中，采用直徑76mm的鉆頭進(jìn)行鉆孔。
【文檔編號】G01L5/16GK103759876SQ201310751593
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】褚衛(wèi)江, 周勇, 侯靖 申請人:浙江中科依泰斯卡巖石工程研發(fā)有限公司, 中國水電顧問集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司