利用声发射法和变形率变化法联合测定地应力

针对葡萄牙南部Neves-Corvo,SA(Somincor)矿区一垂直钻孔钻取的岩芯,利用声发射法(AE法)和变形率变化法(DRA法)联合测定该区域垂直向地应力。试验表明:矿区垂直向地应力呈现随深度增加而增加的趋势,但由于受褶皱、断裂等多种地质因素的影响,随深度的增加,由AE法和DRA法测得的地应力值差别也越大;通过AE和DRA试验曲线确定地应力在较大程度上依赖于对试验曲线中拐点的判断,而这种判断必须结合曲线本身的特点进行。在同一个试样上同时利用AE法和DRA法测定其地应力不仅是可行的,二者还可相互印证,确保了试验数据的可靠性。

基于变形率变化法的初始地应力测量技术

基于岩石变形记忆效应的变形率变化法(DRA法),是一种利用岩芯对原地质赋存初始地应力场信息的记忆开展测量并通过室内岩芯循环压缩试验所得应力-应变数据来读取岩芯先期应力的方法,此方法具有诸多优势,为准确便捷测量初始地应力提供了全新的思路,国内外一系列实践应用证明了其巨大的潜力。我国关于DRA法的研究及工程应用还处于刚起步阶段,其基础理论在我国尚未建立,因此开展DRA法的理论、应用的进展研究具有重要意义。主要包括:详细叙述了DRA法的基本原理及其测量地应力关键技术;分析得出了提高DRA法测量精度的方法;将DRA法与其他地应力测量方法进行比较,分析得到其优势与局限性;阐述了DRA法存在的挑战及未来研究方向。为推动国内DRA法研究的开展及工程初始地应力实测应用提供参考依据。

基于摩擦滑动的低应力区岩石变形记忆性机理

采用砂岩试样进行岩石记忆性物理实验,描述岩石变形记忆性的基本特征。在物理实验及力学基本原理的基础上,提出在低于微裂纹初始应力以下应力区,变形记忆性的机理为微裂纹和颗粒接触面的摩擦滑动。基于此机理,构建包含Hook体和圣韦南体的基本单元模型,用来模拟单微裂纹或颗粒接触面上的摩擦滑动,对基本单元进行分析。将基本单元组合构建含多接触面的理论模型,对含大量微裂纹及颗粒的岩石进行模拟。研究结果表明:岩石变形记忆性存在于低应力区域;力学模型中的应变差曲线特性与实验曲线特性相吻合,可产生变形记忆性,由此证明微裂纹及颗粒接触面的摩擦滑动可以产生岩石变形记忆性。

低应力区岩石变形记忆效应形成机制及失忆性

地应力信息储存于开挖后的岩石中,变形率变化法(DRA)是基于岩石变形记忆效应测量地应力的方法,正确的机制是认识变形记忆效应与推广、改进DRA法的基础。传统推测的机制并不能解释低应力区存在变形记忆效应及失忆性等现象。首先进行火山沉积岩试样的物理试验,证明低应力区仍然存在变形记忆效应,记忆信息可同时采用侧向应变及轴向应变测量,两者精度一致。提出在低应力区,岩石变形记忆效应机制为微裂纹接触面及颗粒接触面的摩擦滑动。基于此机制,采用弹性元件、黏性元件和圣维南体构建相应的轴对称理论基本单元模型及多接触面理论模型。进行不同放置时间下的单轴循环压缩试验。结果表明,由轴对称理论模型可以得到低应力区岩石变形记忆效应、侧向DRA曲线与轴向DRA曲线准确度一致且在记忆信息处向上弯曲等、并对失忆性现象进行了初探。理论模型与物理试验结果一致,由此证明微裂纹接触面及颗粒接触面的摩擦滑动可以得到低应力区岩石变形记忆效应。同时,理论模型及物理试验结果为提高DRA法的测量准确度提供了依据。

保持加载下岩石变形记忆效应时效特征规律研究

作为岩石基本属性的变形记忆效应(deformation memory effect,DME)具有时效特性,加载保持时间(Tc)对岩石DME的影响是其时效特性之一。选用砂岩及2种花岗岩材料,开展不同Tc下的物理试验,对记忆信息形成精度及应变差幅值等进行分析,并基于岩石内部多微结构面间的黏弹性摩擦滑动理论,采用岩石三元件构建基本记忆单元理论模型,进行不同Tc下DME力学理论研究,结果表明:(1)随Tc增加,2种花岗岩和砂岩的记忆信息形成精度明显提高,应变差幅值逐渐减小;(2)记忆理论模型的记忆信息形成精度和应变差幅值的变化规律和物理试验保持一致,即基于多微结构面的记忆理论模型能够描述不同Tc下的岩石DME宏观行为;(3)Tc增加到一定幅度时,记忆信息形成精度和应变差幅值趋于不变,并提出当应变差幅值稳定时,此时为最佳Tc。结论给出了保持加载下岩石DME时效特性变化规律,为岩石DME时效性研究提供了试验及理论基础。