1、水壓致裂法在加格達奇地應力測試中應用摘要：地下工程日益增多，地應力的大小又是地下工程設 計中的重要參數。中國東部和西部地區建設力度較東北地區 大，因此地應力的研究也較東北成熟。據此，在東北地區以加 格達奇鎮的一個測量點為研究點，利用水壓致裂法測量了 1000多米范圍內的地應力發展規律。關鍵詞：地應力水壓致裂法1、前言隨著工業技術的發展，人們涉足的領域越來越廣，從地 面到地下幾百米，擴展到幾千米，從而更多的問題都體現出 來。地應力的研究也從地下一二百米延伸到上千米。對于國 內地應力的研究已普遍有成效，但是地應力的研究大都分布 于東部與西部及東南部，我國的東北地區地應力研究少之又 少。為了出不了解

2、我國東北部的地應力情況，故選擇黑龍江 省大興安嶺地區加格達奇作為研究點，兩個鉆孔深度都超過 1000m,應用水壓致裂法來研究地應力的大小及主應力方向。研究區地處大興安嶺北段的伊勒呼里山脈，多不庫爾河 上游，行政區隸屬大興安嶺地區松嶺區管轄。海拔標高 600-900m,地震烈度值為v度。2、水壓致裂法的原理水壓致裂原地應力測量原理是以彈性力學為基礎，并以下面三個假設為前提：（1）巖石是線彈性和各向同性的；（2）巖石是完整的，壓 裂液體對巖石來說是非滲透的；（3）巖層中有一個主應力分 量的方向和鉆孔軸向平行。將三維問題轉為二維問題即平面問題，通過對孔內用一 對膨脹的橡膠封隔器施加液壓，使周圍巖體破

3、壞并產生裂縫 擴展,記錄對應的壓力大小。根據壓裂曲線的壓力特征值計 算出測試段的最大主應力值和最小主應力值，記作sh和sho然后根據公式：為裂縫處于臨界閉合狀態時的平衡壓力即瞬時關閉壓 力；為破裂重新張開時的壓力；？為巖石密度；g為重力加速 度;h為上覆巖石埋深；最大水平主應力；最小水平主應力；垂向應力。裂縫的方向由定向印模器確定，然后根據印模方向確定 最大、最小主應力的方向。3、測試結果及分析3. 1測試深度及測量曲線根據上述原理，在測試孔340m950m深度域進行了 9段 確定主應力量值的壓裂測量與地球物理勘探試驗，測試點深 度分別選于：346.43m、359.5m、360.5m、410.

4、00m、451.00m、 554. 5m、833. im、872. 54m> 921. 56mo3.2最大主應力方向的確定在壓裂測量之后，用印模定向試驗方法，利用覆蓋了一 層半硫化橡膠的封隔器，在地下進行增壓膨脹，使孔壁已有 裂縫重新張開以便半硫化橡膠擠入，保持相應的時間，印模 器表面就印制了與裂縫相對應的凸起印記。并通過印模定向 系統記錄印模器基線的方位。根據水壓致裂應力測量理論, 水壓致裂產生的裂縫走向就是最大水平主壓應力的方向。印 模測量過程中，地面施加的壓力達到1718mpa,并保持壓力 1.5小時以上。根據印模結果，破裂面與孔軸基線大致平行, 確定兩個深度的最大水平主應力的方向

5、分別為n45。w、n79° wo3.3地應力測量結果表中的深度系指地面至試驗段中心點的深度，巖石平均容重取26. 5kn/m3o由表1可見,研究區附近地層地應力的量值比較高，在地下深度400m950m范內，最小水平主應力值為1323mpa,最高達到27mpao最大水平主應力值為2435mpa,最髙達到41mpao4、綜合模擬分析為了 了解測量深度對地應力的影響以及初步判斷研究 區地應力分布規律，用線性回歸計算得到研究區水平主應力值隨深度變化的關系式為：h為測量段深度，單位為m；r為相關系數。巖石平均容重取26. 5kn/m3計算的垂向應力和最大、最 小主應力之間的關系為：sh >

6、;sh>svo顯示在測量深度范圍內, 原巖應力以水平應力擠壓作用為主導，其主壓應力的方向為 nwnww。根據實測應力值，分析了水平主應力值隨深度的變化情 況，圖4給出了水平主應力值隨深度變化情況。(圖中黑色方塊代表最大水平主應力，空三角代表最小 水平主應力，空圓代表垂向應力)根據上述資料數據顯示，研究區地應力值明顯偏高，特 別是深度500m以下，最大主應力都超過了 30mpa,根據構造應 力場動力學環境的分析認為，中國現代構造盈利場的格局明 顯受制于周邊板塊的動力作用。位于太平洋板塊俯沖帶內側 的東北大陸，從新生代以來，一直受到太平洋板塊從北東東 向南西西的俯沖和日本海擴張帶從南東向北西

7、擠壓的影響。 本區位于西伯利亞板塊邊緣，局部應力狀態場受控于上述大 區域構造應力場，強大的板塊擠壓、俯沖作用，在此研究區積 累了較高的應變能。側外，西伯利亞板塊邊緣南部構造活動 微弱，屬封閉性好、無地震發生的穩定區塊，因此，較高的應 力狀態是積累的應變能少有釋放的結果。5、結語(1)中國北部地區處于西伯利亞板塊邊緣，一直受到太 平洋板塊從北東東向南西西的俯沖和日本海擴張帶從南東 向北西擠壓的影響。由于兩大板塊強大的擠壓和俯沖作用， 使得北部地區積累了很高的應變能，雖然較大的主應力體現 在500m深度以下，如果遇到較大的構造運動，應變能很有可 能得到釋放。目前該地區地應力實測資料貧乏，積累地應力

8、 資料特別重要，為以后預防地質災害發生提供可靠的資料。(2)我國東部地區地應力值較低，一般深度在300m上，最 大主應力值為lompa,如唐山地區，深度在300m上的最大主應 力為8mpa；而西部地區地應力值較高，是中國的高地應力地 區，如甘肅金川在深度500m上最大主應力超過30mpa。我國 北部地區地應力淺層較低，隨著深度的增加地應力值顯著增加，最大達到了 40mpa。 參考文獻1 劉允芳，肖本職.西部地區地震活動與地應力研究j.巖石力學與工程學報，2011,24( 4502-4508 ) . (liuyunfang,xiao benzhi. study on seismic activity and geostress in west chinajchinese journal of rock mechanics and engineering,2011,24 ( 4502-4508 ) . (in chinese)2 尹健民，劉元坤，艾凱，肖本職.香港排污隧道工程水 壓致裂法地應力測量研究j.地下空間與工程學 報 ,2006,6(891-894) (yin jianming,liu yuankun,ai kai,xiao benzhi. hydrofracturing insitu stress measurement and ana