巖芯餅化的巖餅厚度與地應力之間的關系

曾冬霞

摘 要：文章中主要的應用點算以及實驗的方法，找出了單項水平方向上的地應力在地芯中進行影響的范圍以及在地心中分布的規(guī)律等，最后得出了結論。其結論就是在地應力進行釋放之后，在巖芯中的殘留地應力的范圍的空間殼體的面，作出了巖芯中儲存的殘留應力體積的假設，最后提出了巖芯餅化的巖餅厚度與地應力之間的關系。根據(jù)上述的兩種方法，可以算出任何巖石餅化的單向水平臨界地應力和任何巖芯餅化地區(qū)地應力的大小關系。

關鍵詞：巖芯餅化；地應力；電算試驗；電測試驗

前言

根據(jù)調查研究發(fā)現(xiàn)，在我國的二灘電站、映秀灣電站以及三峽壩區(qū)等地應力高的地區(qū)，經(jīng)常會發(fā)生“巖芯餅化”或者是“巖爆”的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象不僅僅發(fā)生在國內，同時在國外的一些國家和地區(qū)，如瑞典福斯瑪克核電站等等。在這些地區(qū)的地應力，都是非常高的，在一般情況下，是極其不容易測得。本文利用研究鉆探中取出巖餅的方式，推算出在于地應力高的地區(qū)的地應力方法。

為了測定巖芯餅化的巖餅厚度與地應力之間的關系，本文采用了電算試驗以及電測的方法，研究了巖芯中地應力的作用，在此基礎之上，得出了地應力在再新的波及范圍以及分布的規(guī)律，并由此推導出了地應力與巖餅厚度的關系式，并最終判斷出各類巖石巖芯漿化的臨界地應力，同時也由巖餅厚度計算出了相應的地應力的大小。

1 電測試驗

電測試驗是在平面問題上進行思考以及試驗的，是直接利用巖石進行測量的，分別使用大理石以及正長巖作為進行試驗的試件，之后將電阻片安裝上，最后置于材料的試驗機上進行加載測量試驗，在此基礎上，便可以利用應變的儀器測出應變，并換算成應力，既可以計算出了。

大理石的試件尺寸在以下可以展示出來，大概寬是10cm，高15cm，以及厚度大概是3cm。對于大理石的應力進行測定，最后得出的結果就是，正長巖的t0=0.35，大理石時間t0=0.38，這兩個實驗最終波及的高度與地應力無關。

2 電算試驗

電算則是在三維立體的基礎上進行試驗的，根據(jù)設定，巖芯的直徑我們都取10cm，在一厘米的范圍內進行鉆縫。再取巖層時要注意在地應力場中的某一深度提取。加入鉆進巖層的深度為12厘米，那么就應該在該深度上地應力就被解除了。但是鉆縫之外的石頭仍然存在地應力，取寬度按照孔口應力集中影響的范圍是2.5倍的直徑進行思考，大約是30cm。因為是在三維的基礎上進行考慮的，因此，因為在三維的結構上呈現(xiàn)對稱的形式，所以地應力毫無疑問也應該是對稱的，所以在計算的時候我們取其中的1/4就可以了。

最后進行分析，我們可以得出：假如沒有了地應力之后，殘留在巖芯中的水平地應力在中心軸波及的高度比實驗值要稍微的大一些，如果地應力稍微削弱，巖芯中殘留的地應力就非常的接近實驗值了。

3 巖芯餅化應力公式的推導

3.1 利用假想法實驗法

為了使推導的過程變得容易，巖芯中殘余的地應力體積相等，所以我們就要簡化巖芯中殘余的地應力范圍曲線，最終計算出折現(xiàn)旋轉體積。第一，應確定臺體的高度t。把實驗數(shù)據(jù)作為依據(jù)，確定臺體之后最終確定出體高t，大概是直徑的0.35倍，這就是實驗值得下限，所以這就作為了選擇的標準，只有按照此辦法進行實驗，測出的殼體體積和臺體才會更為相近；第二，開始進行確定臺體的底部直徑為D，即與巖芯直徑相同；最后就是，對于最終的臺體頂部直徑進行確定，在底部直徑和臺體高確定的情況下， 使得臺體的體積最終等于一個確定的殼體體積， 由此便可以推算出臺體頂部直徑了。

3.2 巖餅厚度與地應力的關系式

這就是地應力與巖餅厚度的關系式。式中；

？滓-水平地力，

tn-巖石抗剪斷強度；

t-巖餅.厚度， 應用時將t 折算為巖講直徑的倍數(shù)；

D-巖講的平均直徑。

式（3） 適用于單向或基本上是單向水平地應力的計算公式， 根據(jù)式（3）可求得任何巖漿厚度的地應力。如果巖餅厚度t=0.35D時代入式（3），可以得到與式（2）完全相同的臨界地應力計算公式。雖然在我國以及國外的許多國家也都存在這種地區(qū)，對于這些地區(qū)已經(jīng)測得的資料不少， 但是， 同時得到巖餅，且又實測出地應力的資料極少。實測地應力資料， 較大的水平地應力為6，較小的水平地應力為259。巖餅： 直徑D=11.27厘米， 厚度t=2.5厘米。按正長巖砂=200公斤/平方厘米 ，計算得到應力614.7。與實測的較大水平地應力有些差別， 這種差別的原因可能是由于二灘實際地應力并非單向狀態(tài)之故。

4 結束語

首先得到的就是巖芯餅化的臨界地應力與巖石的抗剪斷能力的關系，前者大約是后者的三倍，但是臨界的地應力與巖石的抗壓能力以及鉆孔直徑也是沒有任何關系的。巖餅的最大厚度絕對不超過巖芯的0.35倍。

其次就是巖餅的地應力越大，巖餅也就越薄，地應力越小，巖餅也越厚，這之間是成反比關系的。

最后就是，二灘電站壩區(qū)的正長巖的巖芯進行餅化的臨界地應力是每平方厘米在600公斤左右，巖餅餅化層的地應力應該是在600公斤每平方厘米以上。

參考文獻

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