岩芯饼化的岩饼厚度与地应力之间的关系

曾冬霞

摘 要：文章中主要的应用点算以及实验的方法，找出了单项水平方向上的地应力在地芯中进行影响的范围以及在地心中分布的规律等，最后得出了结论。其结论就是在地应力进行释放之后，在岩芯中的残留地应力的范围的空间壳体的面，作出了岩芯中储存的残留应力体积的假设，最后提出了岩芯饼化的岩饼厚度与地应力之间的关系。根据上述的两种方法，可以算出任何岩石饼化的单向水平临界地应力和任何岩芯饼化地区地应力的大小关系。

关键词：岩芯饼化；地应力；电算试验；电测试验

前言

根据调查研究发现，在我国的二滩电站、映秀湾电站以及三峡坝区等地应力高的地区，经常会发生“岩芯饼化”或者是“岩爆”的现象。这种现象不仅仅发生在国内，同时在国外的一些国家和地区，如瑞典福斯玛克核电站等等。在这些地区的地应力，都是非常高的，在一般情况下，是极其不容易测得。本文利用研究钻探中取出岩饼的方式，推算出在于地应力高的地区的地应力方法。

为了测定岩芯饼化的岩饼厚度与地应力之间的关系，本文采用了电算试验以及电测的方法，研究了岩芯中地应力的作用，在此基础之上，得出了地应力在再新的波及范围以及分布的规律，并由此推导出了地应力与岩饼厚度的关系式，并最终判断出各类岩石岩芯浆化的临界地应力，同时也由岩饼厚度计算出了相应的地应力的大小。

1 电测试验

电测试验是在平面问题上进行思考以及试验的，是直接利用岩石进行测量的，分别使用大理石以及正长岩作为进行试验的试件，之后将电阻片安装上，最后置于材料的试验机上进行加载测量试验，在此基础上，便可以利用应变的仪器测出应变，并换算成应力，既可以计算出了。

大理石的试件尺寸在以下可以展示出来，大概宽是10cm，高15cm，以及厚度大概是3cm。对于大理石的应力进行测定，最后得出的结果就是，正长岩的t0=0.35，大理石时间t0=0.38，这两个实验最终波及的高度与地应力无关。

2 电算试验

电算则是在三维立体的基础上进行试验的，根据设定，岩芯的直径我们都取10cm，在一厘米的范围内进行钻缝。再取岩层时要注意在地应力场中的某一深度提取。加入钻进岩层的深度为12厘米，那么就应该在该深度上地应力就被解除了。但是钻缝之外的石头仍然存在地应力，取宽度按照孔口应力集中影响的范围是2.5倍的直径进行思考，大约是30cm。因为是在三维的基礎上进行考虑的，因此，因为在三维的结构上呈现对称的形式，所以地应力毫无疑问也应该是对称的，所以在计算的时候我们取其中的1/4就可以了。

最后进行分析，我们可以得出：假如没有了地应力之后，残留在岩芯中的水平地应力在中心轴波及的高度比实验值要稍微的大一些，如果地应力稍微削弱，岩芯中残留的地应力就非常的接近实验值了。

3 岩芯饼化应力公式的推导

3.1 利用假想法实验法

为了使推导的过程变得容易，岩芯中残余的地应力体积相等，所以我们就要简化岩芯中残余的地应力范围曲线，最终计算出折现旋转体积。第一，应确定台体的高度t。把实验数据作为依据，确定台体之后最终确定出体高t，大概是直径的0.35倍，这就是实验值得下限，所以这就作为了选择的标准，只有按照此办法进行实验，测出的壳体体积和台体才会更为相近；第二，开始进行确定台体的底部直径为D，即与岩芯直径相同；最后就是，对于最终的台体顶部直径进行确定，在底部直径和台体高确定的情况下， 使得台体的体积最终等于一个确定的壳体体积， 由此便可以推算出台体顶部直径了。

3.2 岩饼厚度与地应力的关系式

这就是地应力与岩饼厚度的关系式。式中；

？滓-水平地力，

tn-岩石抗剪断强度；

t-岩饼.厚度， 应用时将t 折算为岩讲直径的倍数；

D-岩讲的平均直径。

式（3） 适用于单向或基本上是单向水平地应力的计算公式， 根据式（3）可求得任何岩浆厚度的地应力。如果岩饼厚度t=0.35D时代入式（3），可以得到与式（2）完全相同的临界地应力计算公式。虽然在我国以及国外的许多国家也都存在这种地区，对于这些地区已经测得的资料不少， 但是， 同时得到岩饼，且又实测出地应力的资料极少。实测地应力资料， 较大的水平地应力为6，较小的水平地应力为259。岩饼： 直径D=11.27厘米， 厚度t=2.5厘米。按正长岩砂=200公斤/平方厘米 ，计算得到应力614.7。与实测的较大水平地应力有些差别， 这种差别的原因可能是由于二滩实际地应力并非单向状态之故。

4 结束语

首先得到的就是岩芯饼化的临界地应力与岩石的抗剪断能力的关系，前者大约是后者的三倍，但是临界的地应力与岩石的抗压能力以及钻孔直径也是没有任何关系的。岩饼的最大厚度绝对不超过岩芯的0.35倍。

其次就是岩饼的地应力越大，岩饼也就越薄，地应力越小，岩饼也越厚，这之间是成反比关系的。

最后就是，二滩电站坝区的正长岩的岩芯进行饼化的临界地应力是每平方厘米在600公斤左右，岩饼饼化层的地应力应该是在600公斤每平方厘米以上。

参考文献

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[5]李占海，李绍军，冯夏庭，周辉，陈炳瑞，张传庆，深部岩体岩芯饼化特征分析与形成机制研究[J]岩石力学与工程学报，2011，11.