非弹性应变恢复原地应力测量方法的实验研究及应用

发布时间：2018-04-22 15:17

  本文选题：ASR地应力测量 + 非弹性应变恢复柔量　； 参考：《中国地质科学院》2014年博士论文

【摘要】：ASR法是近年发展起来的三维地应力测量方法。5.12汶川地震后,我国首次引进ASR方法用于科学钻孔的原地应力测量。ASR方法中非弹性应变恢复柔量如何确定,岩石的热膨胀系数及温度变化对ASR法测试结果的影响,ASR法测试结果的可靠性等问题是需要深入实验和研究的重要问题,它将影响ASR方法的深入发展和广泛应用。本文在梳理国内外原地应力测试方法研究现状的基础上,详细介绍了ASR地应力测试方法的理论背景、发展历程和应用实例等,重点开展了岩石非弹性应变恢复柔量和岩石热膨胀系数实验研究,并以汶川地震科学钻孔ASR地应力测量结果为例,分析了ASR地应力测试方法的可靠性及影响因素,取得的主要进展和成果如下： 1.在回顾国内外原地应力测试方法研究现状的基础上,系统梳理了ASR地应力测量方法的原理、测试设备及流程,给出了详细的数据处理方法及相关函数表达。指出岩石为均质且各向同性粘弹性材料的前提下,测试材料和设备的精度及长期稳定性是决定测试结果好坏的关键。 2.非弹性应变恢复柔量是ASR地应力测试方法中确定原地应力大小的关键参数。单轴应力条件下ASR柔量实验结果表明不同岩石的ASR柔量实验结果不同,且剪切模式ASR柔量大于体积模式,剪切与体积模式非弹性应变恢复柔量的比值随时间的增加逐渐趋于较小的变化范围。ASR柔量与单轴抗压强度、弹性模量等常规岩石力学参数之间符合指数函数关系,在一定条件下,岩石的ASR柔量可通过常规岩石力学参数进行估算。 3.温度变化及岩石的热膨胀系数是影响岩石非弹性恢复应变测量结果的主要因索。建立了高精度中低温岩石热膨胀系数测试系统,开展了0～60℃条件下不同岩石的热膨胀系数实验研究,确定了8种不同岩石的热膨胀系数的变化范围为5.3～8.7×10-6/℃之间。实验结果为分析ASR地应力测试方法中温度影响研究提供了基础数据,表明温度对ASR地应力测量结果的影响不容忽视。1℃的温度变化将引起约5～9个微应变的测量误差,保证温度引起的误差小于1个微应变,ASR测量过程中的温度波动应不大于±0.1℃。同时分析了样品温度平衡稳定过程等对ASR地应力测试结果的影响。 4.以ASR法在汶川地震断裂带科学钻孔中的成功应用为例,分析了WFSD-1钻孔原地应力大小及方向随深度的变化规律。在424～1173m深度范围内最大主应力介于10.8～45.7MPa之间,中间主应力介于10.4～29.4MPa之间,最小主应力介于6～26MPa之间,最大主应力优势方向为NW51°。ASR法测试结果与其它方法获取的地应力测试结果基本吻合。对同一岩芯开展了ASR变形测量及ASR柔量实验,讨论了ASR柔量对测试结果的影响。结果表明非弹性应变恢复柔量比值(Jas/Jav=2.9)与通常假设(Jas/Jav=2)条件下最大、中间和最小主应力的误差分别为6.3%、5.0%、4.0%。分析了非弹性应变恢复柔量比值(Jas/Jav)与上应力大小之间的对应关系。 5.总结了时间、温度、岩芯定向等因素对ASR法地应力测量结果的影响,对ASR地应力测试方法的测试精度和可靠性进行了总体评价,结果表明现场测试使用相对均质且各向同性岩芯,测量中进行恒温控制,并采用岩芯扫描和测井进行定阳,主应力大小及方阳的误差可控制在±10%以内。 ASR法同其他地应力测试方法相比,具有成本低、效率高、适应应性强、且无测量深度限制等优点,只要能够取地下深部的定向岩芯.即可进行地应力测量并取得可靠实测数据：ASR方法将在地壳深部资源开发、地下空间利用及地球动力学研究中具有广泛的应用前景。
[Abstract]:The ASR method is a three - dimensional crustal stress measurement method developed in recent years . After 5.12 Wenchuan earthquake , China first introduced the ASR method to measure the original geostress of the scientific borehole .

1 . On the basis of reviewing the current research situation of the original geostress test method at home and abroad , the principle , test equipment and flow of the method for measuring the stress of ASR are reviewed , and the detailed data processing method and relevant function expression are given . The accuracy and long - term stability of the test materials and equipment are the key to determine the test result .

2 . The non - elastic strain recovery compliance is the key parameter for determining the original geostress magnitude in the ASR stress test method . The experimental results of ASR flexibility under uniaxial stress show that the experimental results of ASR flexibility of different rocks are different , and the ratio of non - elastic strain recovery compliance of shear mode and volume pattern tends to be smaller over time . The ASR compliance is consistent with the exponential function between regular rock mechanics parameters such as uniaxial compressive strength and elastic modulus . Under certain conditions , the ASR compliance of rock can be estimated by conventional rock mechanics parameters .

3 . The temperature change and the thermal expansion coefficient of rock are the main factors that influence the non - elastic recovery strain measurement of rock . The thermal expansion coefficient test system of low temperature rock in high precision is established . The experimental results show that the influence of temperature on the measurement results of ASR is 5.3 锝，

本文编号：1787776