套筒致裂單孔三維地應(yīng)力測(cè)試法的原理與應(yīng)用

經(jīng)　緯，薛維培，榮傳新，經(jīng)來(lái)旺，郝朋偉

(1．安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院，安徽淮南　232001;2．安徽理工大學(xué)礦山工程力學(xué)與支護(hù)技術(shù)研究所，安徽淮南　232001)

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套筒致裂單孔三維地應(yīng)力測(cè)試法的原理與應(yīng)用

經(jīng)緯1，薛維培1，榮傳新1，經(jīng)來(lái)旺2，郝朋偉2

(1．安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院，安徽淮南232001;2．安徽理工大學(xué)礦山工程力學(xué)與支護(hù)技術(shù)研究所，安徽淮南232001)

摘要:詳細(xì)介紹了一種操作簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣范，計(jì)算結(jié)果全面且具有較高精度的地應(yīng)力測(cè)試方法及其原理。該方法使用JHDC－1型套筒致裂地應(yīng)力測(cè)試儀，依據(jù)彈性力學(xué)的相關(guān)理論并結(jié)合礦井實(shí)際地質(zhì)條件，僅憑一孔致裂即可確定測(cè)試點(diǎn)最大、最小水平地應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力的數(shù)值，并且可以進(jìn)一步推算出主地應(yīng)力的大小和方位。該測(cè)試方法簡(jiǎn)便、快捷，非常適合煤礦井下地應(yīng)力測(cè)試。

關(guān)鍵詞:套筒致裂法;單孔;三維地應(yīng)力;測(cè)試

經(jīng)緯，薛維培，榮傳新，等．套筒致裂單孔三維地應(yīng)力測(cè)試法的原理與應(yīng)用［J］．煤炭學(xué)報(bào)，2016，41(6):1416－1421．doi:10．13225/ j．cnki．jccs．2015．1351

Jing Wei，Xue Weipei，Rong Chuanxin，et al．Principle and application of three-dimensional in-situ stress test method by single hole sleeve fracturing［J］．Journal of China Coal Society，2016，41(6):1416－1421．doi:10．13225/j．cnki．jccs．2015．1351

地應(yīng)力數(shù)據(jù)是煤礦地下巷道和硐室支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)該具備的基本條件，也是煤炭開(kāi)采方式制定、工作面超前支護(hù)設(shè)計(jì)、瓦斯?jié)B流規(guī)律研究、瓦斯抽排方案設(shè)計(jì)等必須考慮的因素，但由于地應(yīng)力測(cè)試技術(shù)與設(shè)備的適用性問(wèn)題、特殊的工程地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題、測(cè)試過(guò)程的難以控制等問(wèn)題，地應(yīng)力測(cè)試的精度一直無(wú)法保證，致使對(duì)煤礦企業(yè)而言，這項(xiàng)工作的意義不大，正是這一本質(zhì)原因，包括煤礦巷道支護(hù)設(shè)計(jì)、硐室支護(hù)設(shè)計(jì)在內(nèi)的很多技術(shù)工作長(zhǎng)期處于一種靠經(jīng)驗(yàn)、憑感覺(jué)的狀態(tài)之中，工程設(shè)計(jì)應(yīng)該具備的量化分析過(guò)程只能成為一句空談。所以，尋求一種十分簡(jiǎn)單、便捷、適用性強(qiáng)且具有較高精度的地應(yīng)力測(cè)試手段是十分必要的。

目前，應(yīng)用于煤礦井下地應(yīng)力測(cè)試的方法主要有套筒致裂三孔正交測(cè)試法［1－2］、空心包體應(yīng)力解除法［3－6］、孔徑變形法［7］、聲發(fā)射法［8－9］、巖芯變形法［10］、鉆孔局部壁面應(yīng)力全解除法［11］、流變應(yīng)力恢復(fù)法［12］、三維地應(yīng)力BWSRM測(cè)試法［13］、水壓致裂法［14－18］、三向壓力盒地應(yīng)力測(cè)試［19］、壓磁套芯法［20］，Kaiser效應(yīng)測(cè)定法［21］等方法。上述方法中，一直以來(lái)應(yīng)用較多的有空心包體應(yīng)力解除法和水壓致裂法。其中應(yīng)力解除法的優(yōu)點(diǎn)在于應(yīng)用方便，可實(shí)現(xiàn)單孔三維應(yīng)力測(cè)量，缺點(diǎn)是操作要求很高，且應(yīng)變計(jì)的粘貼和防潮技術(shù)較為復(fù)雜，讀數(shù)漂浮量較大，尤其在有水鉆孔中使用很難達(dá)到理想效果。水壓致裂法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)試精度較高，缺點(diǎn)是測(cè)試設(shè)備較笨重，對(duì)測(cè)點(diǎn)的工程地質(zhì)條件要求較高，在節(jié)理、裂隙較發(fā)育的巖層中及遇水易崩塌的巖層中適用性不好。套筒致裂三孔正交地應(yīng)力測(cè)試法是2010年才開(kāi)始應(yīng)用的一種新技術(shù)，其最大優(yōu)點(diǎn)在于適用于所有巖性條件和有水環(huán)境，測(cè)試壓力現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)，原始測(cè)試數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，依據(jù)原始數(shù)據(jù)計(jì)算測(cè)點(diǎn)全應(yīng)力、主應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力時(shí)僅需測(cè)試套筒的相關(guān)參數(shù)，無(wú)需巖石的彈性常數(shù)和上覆巖體的平均容重，最大限度地避免了中間環(huán)節(jié)的誤差，同時(shí)該方法還可以準(zhǔn)確獲得巖石的抗拉強(qiáng)度、上覆巖層的平均容重、巖石泊松比等數(shù)據(jù)，其缺點(diǎn)是測(cè)試點(diǎn)選址要求較高，要求三孔測(cè)試點(diǎn)均處于同一巖層中，且要求三測(cè)點(diǎn)相距較近、遠(yuǎn)離斷層。

套筒致裂單孔三維地應(yīng)力測(cè)試法是對(duì)套筒致裂三孔正交地應(yīng)力測(cè)試法的補(bǔ)充與完善，同三孔正交地應(yīng)力測(cè)試法相比，由于其對(duì)測(cè)點(diǎn)選址要求相對(duì)較低，故彌補(bǔ)了三孔正交測(cè)試法最大的不足，從而將套筒致裂地應(yīng)力測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用范圍拓展至煤礦井下除斷層和溶洞之外的所有區(qū)域。此外，套筒致裂單孔三維地應(yīng)力測(cè)試法的測(cè)試工作量也比套筒致裂三孔正交地應(yīng)力測(cè)試法減少了2/3。但較三孔地應(yīng)力測(cè)試法而言，單孔三維地應(yīng)力測(cè)試法也存在相對(duì)的不足之處，即在計(jì)算測(cè)點(diǎn)全應(yīng)力、主應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力的過(guò)程中，還需事先獲得測(cè)點(diǎn)所在巖層的彈性常數(shù)和上覆巖體的平均容重，無(wú)形之中增加了產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié)和實(shí)驗(yàn)室工作量。但無(wú)論如何，由于套筒致裂單孔三維地應(yīng)力測(cè)試法依然具備了獲取測(cè)點(diǎn)全應(yīng)力、主應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力的能力及較高的精度，加上現(xiàn)場(chǎng)操作非常簡(jiǎn)便，測(cè)試全過(guò)程需時(shí)不足30 min，故非常適用于煤礦井下地應(yīng)力測(cè)試，關(guān)于JHDC－1型套筒致裂地應(yīng)力測(cè)試儀、套筒致裂測(cè)試地應(yīng)力的基本原理和套筒致裂三孔正交測(cè)試地應(yīng)力的原理與應(yīng)用已經(jīng)在文獻(xiàn)［1－2］中進(jìn)行了詳細(xì)的論述，下面在文獻(xiàn)［1－2］的基礎(chǔ)之上就套筒致裂單孔三維地應(yīng)力測(cè)試法的原理進(jìn)行剖析，同時(shí)就其應(yīng)用舉例說(shuō)明。

1　礦區(qū)地應(yīng)力主要特征

一般情況下礦區(qū)巖層中的地應(yīng)力由自重應(yīng)力與構(gòu)造應(yīng)力構(gòu)成。

自重應(yīng)力由巖體質(zhì)量產(chǎn)生，具有靜水壓力的特征，通常有豎向自重應(yīng)力和水平自重應(yīng)力之分，2者之間關(guān)系服從廣義虎克定律。

構(gòu)造應(yīng)力源于地殼運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的板塊擠壓。作用在受擠壓板塊上的擠壓力有兩個(gè):一個(gè)是主動(dòng)施加于板塊上的主動(dòng)作用力，另一個(gè)是因?yàn)榘鍓K橫向變形受阻而與相鄰板塊產(chǎn)生的被動(dòng)作用力。巖層內(nèi)與上述作用力相對(duì)應(yīng)的構(gòu)造應(yīng)力也有兩個(gè):主動(dòng)構(gòu)造應(yīng)力和被動(dòng)構(gòu)造應(yīng)力，兩者之間相互垂直且服從廣義胡克定律。由于兩構(gòu)造應(yīng)力作用平面上無(wú)與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的切應(yīng)力，故又可稱(chēng)為主構(gòu)造應(yīng)力。對(duì)于平整度較好且傾向與走向明確的巖層，構(gòu)造應(yīng)力一定與巖層層面平行且通常情況下主動(dòng)構(gòu)造應(yīng)力方向與巖層傾向一致，因?yàn)閹r層的傾向通常與最近一次地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相關(guān)。

本文的地應(yīng)力測(cè)試法主要針對(duì)巖層平整度較好，且已經(jīng)明確了兩主構(gòu)造應(yīng)力分別是主動(dòng)構(gòu)造應(yīng)力和被動(dòng)構(gòu)造應(yīng)力的巖層(發(fā)生多次板塊擠壓的巖層中可能存在2次以上不同方向擠壓運(yùn)動(dòng)形成的復(fù)雜應(yīng)力場(chǎng)，此種情況下巖層中的構(gòu)造應(yīng)力無(wú)主被之分)。因此，使用單孔致裂地應(yīng)力測(cè)試法有一個(gè)前提條件，即該礦井井田范圍內(nèi)某層巖層中的地應(yīng)力已經(jīng)進(jìn)行過(guò)套筒致裂三孔地應(yīng)力測(cè)試法測(cè)試，且測(cè)試結(jié)果已經(jīng)表明巖層中只有自重應(yīng)力與構(gòu)造應(yīng)力，且較大主構(gòu)造應(yīng)力為主動(dòng)構(gòu)造應(yīng)力并與巖層傾向一致，較小主構(gòu)造應(yīng)力為被動(dòng)構(gòu)造應(yīng)力并與巖層走向一致。在此前提之下，該礦區(qū)井田范圍內(nèi)同巖層或上下一定范圍內(nèi)其他巖層平整度較好區(qū)域內(nèi)的地應(yīng)力測(cè)試均可使用本文測(cè)試法，達(dá)到既能保證較高精度，同時(shí)便于測(cè)試點(diǎn)選址，又能節(jié)省人力物力的目的。

2　單孔致裂原理

上述礦區(qū)構(gòu)造應(yīng)力的分析及單孔致裂地應(yīng)力測(cè)試法的適用條件簡(jiǎn)化了地應(yīng)力的求解，也使得套筒致裂單孔三維地應(yīng)力測(cè)試成為可能。由于套筒致裂單孔三維地應(yīng)力測(cè)試法遠(yuǎn)較套筒致裂三孔正交地應(yīng)力測(cè)試法簡(jiǎn)單，且仍具有較高的測(cè)試精度，故具有很大的推廣價(jià)值。本節(jié)從地應(yīng)力構(gòu)成入手，以測(cè)試點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)分析為手段來(lái)剖析套筒致裂單孔三維地應(yīng)力測(cè)試法的基本原理。

2.1地應(yīng)力構(gòu)成分析

2.1.1自重應(yīng)力

如圖1所示，巖石質(zhì)點(diǎn)在三維空間中會(huì)受到豎向自重應(yīng)力和水平自重應(yīng)力的作用，豎向自重應(yīng)力與水平自重應(yīng)力之間服從廣義虎克定律，具體如式(1)所示。

圖1　自重應(yīng)力場(chǎng)單元體Fig.1　Unit cell in gravity stress field

式中，H為測(cè)試點(diǎn)的埋深，m;ρ為上覆巖層的平均容重，N/m3;λ為側(cè)壓系數(shù)，λ=u/(1－u)，u為巖石泊松比;σzz為豎向自重應(yīng)力，N/m2;σzx為x方向水平自重應(yīng)力，N/m2;σzy為y方向水平自重應(yīng)力，N/m2。

自重地應(yīng)力場(chǎng)中測(cè)試點(diǎn)處的應(yīng)力狀態(tài)可用圖1所示的單元體表示。

2.1.2構(gòu)造應(yīng)力

地殼運(yùn)動(dòng)的規(guī)律與大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明:絕大多數(shù)情況下，主動(dòng)構(gòu)造應(yīng)力(σT1)方向與巖層傾向一致，被動(dòng)構(gòu)造應(yīng)力(σT2)方向與巖層走向一致(圖2)，兩者之間存在如下關(guān)系。

圖2　巖層傾向與構(gòu)造應(yīng)力方向之間關(guān)系Fig.2　Relationship between rock tendencies and tectonic stress direction

式中，側(cè)壓系數(shù)λ'=u。

此處與求解水平自重地應(yīng)力所應(yīng)用的側(cè)壓系數(shù)不同，原因在于地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，被動(dòng)構(gòu)造應(yīng)力方向上存在位移約束，而垂直于巖層層面的方向上不存在位移約束，該方向上也就沒(méi)有相應(yīng)的約束應(yīng)力產(chǎn)生，于是依據(jù)廣義胡克定律

可得

通常情況下，彈性模量的差異會(huì)導(dǎo)致相鄰巖層中構(gòu)造應(yīng)力的差異，應(yīng)力集中會(huì)使得局部構(gòu)造附近巖體內(nèi)的構(gòu)造應(yīng)力與距離較遠(yuǎn)處巖體內(nèi)構(gòu)造應(yīng)力明顯不同，但這些差異和不同與礦區(qū)工程地質(zhì)狀況之間具有本質(zhì)關(guān)系，由于礦區(qū)工程地質(zhì)具有較明顯的規(guī)律性，故構(gòu)造應(yīng)力也表現(xiàn)出與之對(duì)應(yīng)的特征。通常情況下，通過(guò)礦區(qū)內(nèi)某一特定點(diǎn)處構(gòu)造應(yīng)力的測(cè)試結(jié)果可以推演出礦區(qū)構(gòu)造應(yīng)力的分布規(guī)律。

2.2測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)與主應(yīng)力

2.2.1測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)

應(yīng)用套筒致裂單孔三維地應(yīng)力測(cè)試法測(cè)試地應(yīng)力時(shí)，測(cè)試孔必須為垂直孔，通常在偏離斷層較遠(yuǎn)的巷道或硐室的底板巖體中鉆取，在主動(dòng)構(gòu)造應(yīng)力方向與巖層傾向一致的情況下，獲得的致裂裂紋與主動(dòng)構(gòu)造應(yīng)力必然處于同一豎直平面內(nèi)。為了測(cè)試點(diǎn)處應(yīng)力狀態(tài)最大程度地簡(jiǎn)化以便于計(jì)算，測(cè)試點(diǎn)單元體的選取需結(jié)合測(cè)試孔致裂裂紋的方位，如圖3所示。這樣，x面自然就成了主平面，形式上未知應(yīng)力的數(shù)目減至最少。

圖3　測(cè)試點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)Fig.3　Stress state of test point

對(duì)應(yīng)于圖3所示的致裂方位，測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)也如圖3所示，由于測(cè)試孔致裂力學(xué)模型與水壓致裂法測(cè)試地應(yīng)力所使用的力學(xué)模型完全一致，同時(shí)由于σx＜σy，故測(cè)試孔致裂方程應(yīng)為

式中，P為測(cè)試孔致裂壓力，由測(cè)試孔致裂時(shí)套筒內(nèi)的油壓換算得到;而σx，σy則由自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力構(gòu)成，可依據(jù)式(4)確定。

式中，σyT1，σzT1為主動(dòng)構(gòu)造應(yīng)力引起的y面上和z面上的正應(yīng)力，可依據(jù)式(6)計(jì)算得到。

將式(1)，(2)和(4)代入式(3)即可得到用容重、泊松比、測(cè)試點(diǎn)垂深、巖層傾角、致裂壓力和主動(dòng)構(gòu)造應(yīng)力表示的致裂方程(5)。

由于式(5)中的容重、泊松比、測(cè)試點(diǎn)垂深、巖層傾角和致裂壓力等可以通過(guò)地質(zhì)勘探資料、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試獲得，故需要確定的未知數(shù)僅剩下主動(dòng)構(gòu)造應(yīng)力 σT1，于是 σT1可求。將求得的 σT1代入式(6)并聯(lián)立求解方程組(4)即可求得圖3中的σx，σy，σz。

對(duì)于單元體上的切應(yīng)力τyz或τzy，其僅與主動(dòng)構(gòu)造應(yīng)力及主動(dòng)構(gòu)造應(yīng)力與水平面之間的夾角α有關(guān)，2者與主動(dòng)構(gòu)造應(yīng)力σT1之間的關(guān)系可以通過(guò)圖4所示的單元體清晰地反映出來(lái)。依據(jù)材料力學(xué)的平面應(yīng)力狀態(tài)理論可推知圖4所示單元體上各應(yīng)力之間存在如下關(guān)系。

圖4　構(gòu)造應(yīng)力與切應(yīng)力之間關(guān)系Fig.4　Relationship between tectonic stress and shear stress

顯然，依據(jù)式(6)中的第3式即可確定圖3中的切應(yīng)力，依據(jù)前兩式即可確定式(4)中σyT1，σzT1。至此，圖3所示單元體上所有應(yīng)力值均被求出。

2.2.2測(cè)試點(diǎn)的主應(yīng)力計(jì)算

對(duì)于圖3所示單元體，由于x面已經(jīng)是主平面，故只需依據(jù)圖5所示的平面單元體確定另外兩個(gè)主平面。

圖5　測(cè)試點(diǎn)主應(yīng)力分析Fig.5　Analysis diagram of test point principal stress

對(duì)于上述單元體，依據(jù)《材料力學(xué)》中的平面應(yīng)力狀態(tài)理論可知，存在如下關(guān)系:

將式(7)中求得的σmax，σmin同式(4)中求得的σx相比較，按照從大到小的順序進(jìn)行排列，即可獲得測(cè)試點(diǎn)的主應(yīng)力σ1，σ2，σ3;此外，由上式第3式可以求得一銳角和一鈍角，其中的銳角即為圖5中的α0。至此，測(cè)試點(diǎn)處的全應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力、主應(yīng)力及其方位全部被求得。

3　舉例分析

圖6為安徽某礦－780 m水平充電整流峒室地應(yīng)力測(cè)站測(cè)試孔致裂油壓—時(shí)間曲線，豎直孔致裂裂縫方位與y軸方向一致，即與巖層傾向一致。3個(gè)測(cè)試孔的致裂油壓分別為 Tz=13.235 MPa，Ty= 9.645 MPa，Tx=37.351 MPa，x向測(cè)試孔致裂方位角α'0=30°。測(cè)點(diǎn)距地面深度H=830.3 m，上覆巖層平均容重 ρ=25.6 kN/m3，測(cè)試點(diǎn)所在巖層傾角α= 14°，圍巖彈性模量E=0.283×105MPa，圍巖泊松比u=0.24。采用JHDC－1型套筒致裂地應(yīng)力測(cè)試儀，測(cè)試鉆孔半徑R0=34.5 mm。

圖6　測(cè)試孔致裂油壓－時(shí)間曲線Fig.6　Fracturing pressure-time curves of test hole

依據(jù)文獻(xiàn)［1］提供的換算關(guān)系可算得與油壓Tz，Ty，Tx相對(duì)應(yīng)的測(cè)試孔內(nèi)壁壓力分別為 Pz= 10.63 MPa，Py=7.316 MPa，Px=32.895 MPa。本文僅能用到Pz=10.63 MPa單孔測(cè)試數(shù)據(jù)，將其代入式(5)即可求得主動(dòng)構(gòu)造應(yīng)力為

將上述結(jié)果代入式(2)即可求得被動(dòng)構(gòu)造應(yīng)力為

將σT1及測(cè)試點(diǎn)處的相關(guān)參數(shù)ρ，u，α，H代入式(1)，(2)，(4)和(6)即可獲得圖3所示單元體3個(gè)面上的正應(yīng)力和切應(yīng)力為

將上述計(jì)算結(jié)果代入式(7)即可求得yz平面內(nèi)的最大最小正應(yīng)力及相應(yīng)方位角如下:

其中α0的標(biāo)示如圖5所示。

將求得的σmax，σmin與σx進(jìn)行比較并從大到小排序即可得到測(cè)點(diǎn)主應(yīng)力的數(shù)值如下:

其中，σ1與z軸之間的夾角為α0=30.067 07°(沿z軸正向逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng))，σ3與x軸平行。

對(duì)于上述結(jié)果的精確度，可以用文獻(xiàn)［2］所介紹的“套筒致裂三孔正交地應(yīng)力測(cè)試法”的測(cè)試方法計(jì)算的結(jié)果或本文的方程(3)和(7)計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)。依據(jù)上述測(cè)得的 Pz=10.63MPa，Py= 7.316 MPa，Px=32.895 MPa值，應(yīng)用三孔正交地應(yīng)力測(cè)試法計(jì)算獲得的相關(guān)地應(yīng)力值如下:

對(duì)比“套筒致裂三孔正交地應(yīng)力測(cè)試法”與“套筒致裂單孔三維地應(yīng)力測(cè)試法”測(cè)試結(jié)果，σx，σy，σz，τyz，σ1，σ2，σ3的誤差范圍分別為:1.71%，2.711%，2.709%，3.325%，2.768%，2.691%，1.708%，依據(jù)兩種測(cè)試方法基本原理，該測(cè)試法的誤差主要來(lái)自于所選測(cè)試點(diǎn)位置與該測(cè)試方法適用條件的符合程度、鉆孔的偏斜度、測(cè)試點(diǎn)的近距離范圍內(nèi)存在隱性小斷層、巖石試件彈性常數(shù)的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試誤差等，但只要工作細(xì)致，通常情況下上述因素產(chǎn)生的誤差會(huì)很小。

4　結(jié)　　論

(1)本測(cè)試原理適用于巖層平整度較好、主動(dòng)構(gòu)造應(yīng)力方向與巖層傾向一致情況下的地應(yīng)力測(cè)試，滿足這一情況時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試孔致裂裂紋方位與巖層傾向必然一致。對(duì)于測(cè)試孔致裂裂紋與巖層傾向不一致情況下的套筒致裂單孔三維地應(yīng)力測(cè)試原理，另文介紹。

(2)套筒致裂單孔三維地應(yīng)力測(cè)試法適用范圍較廣，較易選擇測(cè)試點(diǎn)，同時(shí)具有現(xiàn)場(chǎng)操作簡(jiǎn)便，易掌握，耗時(shí)短的特點(diǎn)，能夠較好地適用于煤礦井下的特殊環(huán)境。

(3)測(cè)試所使用的JHDC－1型地應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)具有智能化的特性，可以精準(zhǔn)地自動(dòng)存儲(chǔ)每一時(shí)刻的油壓值，存儲(chǔ)頻率可以根據(jù)需要調(diào)整，通常取20 μs為宜。此外，因后期的計(jì)算理論為經(jīng)典彈性理論，故最終獲得的地應(yīng)力成果準(zhǔn)確性較高。

(4)依據(jù)圖6中一次致裂曲線峰值與2次致裂壓力之間的差值，經(jīng)過(guò)換算可以獲得巖石抗拉強(qiáng)度值，這種原位測(cè)試獲得的抗拉強(qiáng)度值比實(shí)驗(yàn)室抗拉試驗(yàn)獲得的抗拉強(qiáng)度值要精準(zhǔn)得多。

(5)作為套筒致裂測(cè)試地應(yīng)力的一種方法，是套筒致裂三孔正交地應(yīng)力測(cè)試法的補(bǔ)充與完善。

(6)文中求解構(gòu)造應(yīng)力與主應(yīng)力的方法同樣適用于水壓致裂法。

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中圖分類(lèi)號(hào):TD311

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):0253－9993(2016)06－1416－06

收稿日期:2015－09－14修回日期:2015－10－16責(zé)任編輯:許書(shū)閣

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金(煤炭聯(lián)合基金)重點(diǎn)資助項(xiàng)目(51134025)

作者簡(jiǎn)介:經(jīng)緯(1989—)，女，安徽淮南人，博士研究生。Tel:0554－6632830，E－mail:1027432232@qq．com

Principle and application of three-dimensional in-situ stress test method by single hole sleeve fracturing

JING Wei1，XUE Wei-pei1，RONG Chuan-xin1，JING Lai-wang2，HAO Peng-wei2
(1．Building and Civil Engineering Institute，Anhui University of Science and Technology，Huainan232001，China;2．Mine Engineering Mechanics and Support Technology Institute，Anhui University of Science and Technology，Huainan232001，China)

Abstract:This paper introduces a kind of in-situ stress test method and principle which have advantages of simple in operation，wide application and comprehensive calculation results with high precision．Using JHDC-1 in-situ stress sleeve fracturing test instrument，and according to the elastic mechanics theory combining with actual geological conditions in coal mine，the maximum and minimum horizontal stress and tectonic stress of the test point can be determined only by one hole fracture，and the value and orientation of principal stress of the test point can also be calculated．This test method is simple，fast and very suitable for coal mine ground stress test．

Key words:sleeve crack method;single-hole;three-dimensional in-situ stress;testing