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水压致裂法

正确答案

是一种将钻孔的某一段的两端封堵起来,然后对封堵段注入高压水,使钻孔孔壁破裂从而测定地应力的方法。从弹性力学理论可知,当一个位于无限体中的钻孔受到无穷远处二维应力场(σ1,σ2)的作用时,离开钻孔端部一定距离的部位处于平面应变状态。在这些部位,钻孔周边的应力为σθ=σ1+σ2-2(σ1-σ2)cos2θ,σr=0式中σθ、σr——钻孔周边的切向应力和径向应力;θ——周边一点与σ1轴的夹角。当θ=0°时,σθ取得极小值,此时σθ=3σ2-σ1。
如果采用水压致裂系统将钻孔某段封隔起来,并向该段钻孔注入高压水。当水压超过3σ2-σ1和岩石抗拉强度Rt之和后,在θ=0°处,也即σ1所在方位将发生孔壁开裂。设钻孔壁发生初始开裂时的水压为Pi,则有Pi=3σ2-σ1+Rt。如果继续向封隔段注入高压水使裂隙进一步扩展,当裂隙深度达到3倍钻孔直径时,此处已接近原岩应力状态,停止加压,保持压力恒定,将该恒定压力记为Ps,则Ps应和原岩应力σ2相平衡,即Ps=σ2只要测出岩石抗拉强度Rt,即可由Pi和Ps,求出σ1和σ2,这样σ1和σ2的大小和方向就全部确定了,即:σ2=Psσ1=3Ps-Pi+Rt
在钻孔中存在裂隙水的情况下,如封隔段处的裂隙水压力为P0,则变为Pi=3σ2-σ1+Rt-P0在水压致裂试验中增加一个环节在初始裂隙产生后,将水压卸除,使裂隙闭合,然后再重新向封隔段加压,使裂隙重新打开,记裂隙重开的压力为Pr,则有Pr=3σ2-σ1–P0

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