ВНУТРИПЛАСТОВЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ - Строительство и ремонт

Измерение внутренних напряжений в горных породах:

Метод гидравлического разрыва пласта
Метод плоского домкрата
Метод отбора керна

Что такое внутрипластовые напряжения в горных породах?

Напряжения на месте залегания – это напряжения, возникшие под действием веса вышележащих материалов, а также в результате ограничения и прошлого напряжения в точке ниже поверхности породы в ненарушенном массиве горных пород.
Эти напряжения могут значительно варьироваться от одной точки к другой. В некоторых точках они равны нулю, в то время как в других точках они могут быть очень высокими, даже приближаясь к напряжению разрушения. В точке, где напряжение на месте нулевое, в породе образуются швы, и это облегчает подземные выработки, строительство и т.д., но если напряжение на месте очень высокое, любое небольшое нарушение поля напряжений при прокладке тоннеля или даже выемке грунта может вызвать резкое высвобождение накопленной в породе энергии и привести к разрушению.
В целом, для строительства тоннелей или для любых подземных работ нам необходимы базовые знания о внутренних напряжениях. Вот несколько важных моментов, касающихся осторожности в отношении напряжений настаивания.

Ориентация каверны

При выборе ориентации каверны следует соблюдать осторожность, чтобы избежать выравнивания по длинному измерению, которое перпендикулярно главному главному напряжению (?1).

Выбор формы

Выберите форму, в которой концентрация напряжений будет минимальной при очень высоких начальных напряжениях.

Компоновка сложных подземных выработок

Трещины в горных породах имеют тенденцию распространяться в плоскости, перпендикулярной главному напряжению (?3). Таким образом, знание о напряжении направления необходимо для подготовки компоновки комплекса.

Экономия при обделке тоннелей

Если внутреннее давление воды больше, чем напряжение на месте, то нет необходимости строить обделку.

Большая поверхностная выемка

Значительная экономия может быть достигнута при проведении больших поверхностных выработок с использованием техники предварительного раскалывания путем ориентации выработки перпендикулярно малому главному напряжению.

Измерение внутренних напряжений в горных породах:

Вот три широко используемых метода для определения напряжений в горных породах.

Метод гидравлического разрыва пласта

Метод плоского домкрата

Метод отбора керна

Метод гидравлического разрыва пласта

В этом методе давление воды используется для создания трещины в скважине. Вода закачивается в участок скважины, изолированный между двумя пакерами.
По мере увеличения давления воды первоначальное сжимающее напряжение в породе начинает уменьшаться и на определенном этапе становится растягивающим.
Когда растягивающее напряжение и прочность породы на растяжение равны, в стенке скважины образуется трещина.
Продолжая закачку, скважина расширяется дальше, и в конце концов давление в скважине падает до стабильного значения – давления отключения.
Этот метод используется для определения внутренних напряжений в породе только тогда, когда точка находится на значительной глубине под поверхностью.

Метод плоского домкрата

В методе плоского домкрата плоский домкрат вставляется в щель в породе, которая образовалась при разрезании породы режущим инструментом. При резке происходит деформация вокруг щели. Здесь напряжение Insitu связано с давлением, необходимым для уравновешивания этой деформации.

Сначала отмечают местоположение щели и устанавливают одну или несколько измерительных точек таким образом, чтобы местоположение щели находилось посередине между ними.

Расстояние (d) между точками измерения должно быть равно длине экстензометра (обычно это 6 дюймов).

Затем необходимо глубоко прорезать паз, в результате чего штыри, установленные в точках измерения, перемещаются друг к другу, а расстояние между ними уменьшается из-за начального сжатия породы.

Теперь установите плоский домкрат и закрепите его. Давление в гнезде постепенно увеличивается. Когда штыри возвращаются к исходному расстоянию, можно сказать, что давление в домкрате равно внутренним напряжениям.

Этот метод используется только при наличии доступа к скальному забою.

Метод отбора керна

При этом методе в породе бурится шпур малого диаметра, в который вставляется датчик деформации, измеряющий изменение диаметра.

Теперь бурят отверстие большого диаметра концентрически над отверстием малого диаметра. Таким образом, образуется толстая цилиндрическая порода, которая отделена от массива породы и свободна от напряжения.

Если бы порода находилась под первоначальным сжатием, то произошло бы увеличение диаметра, которое измеряется с помощью прибора для измерения деформации. По значениям деформации можно рассчитать напряжения в горных породах.

Этот метод может быть использован только для измерения напряжений на месте на некотором расстоянии (до 5 м) от забоя.

Читайте далее: