【正文】 海姆森給出 一 測(cè)試原理及基本公式（續(xù)） 0PS AA ?? ? 0PS BB ?? ?SB = Ps () tbBA PPSS ????? 03 () 其中： Pb為自裂過程曲線的初始破裂壓力， Ps為關(guān)閉壓力， σt為巖石抗拉強(qiáng)度。 式（ ）中的抗拉強(qiáng)度 σt，目前采用兩種方法確定： （ 1）在試驗(yàn)室里，將所測(cè)孔段的巖樣，加工成厚壁空心圓柱體，對(duì)中心孔內(nèi)壁加壓直至巖樣破裂： 式中： B=b/a， b—圓柱體試件外徑， a—圓柱體試件中心孔的孔徑， Pb—圓柱體試件破裂時(shí)的內(nèi)壓。 一 測(cè)試原理及基本公式（續(xù)） bt PBB ????1122? () （ 2）在現(xiàn)場(chǎng)可從對(duì)封隔段的多次循環(huán)加壓過程求出。在第一次加壓循環(huán)過程中，使完整的孔壁圍巖破裂，出現(xiàn)明顯的破裂壓力 Pb ，而在以后的加壓循環(huán)過程中，因巖石已破裂，故其抗拉強(qiáng)度 σt=0，則 重張壓力 Pr為： 一 測(cè)試原理及基本公式（續(xù)） 03 PSSP ABr ???() 這樣， 在求解鉆孔橫截面上最大主應(yīng)力時(shí)，也可以直接采用重張壓力計(jì)算： 03 PPSS rBA ???() 比較式（ ）和式（ ）可得到巖石的抗拉強(qiáng)度： σt = Pb – Pr () 水壓致裂破裂面一般沿垂直于橫截面上最小主應(yīng)力方向的平面擴(kuò)展（形成平行于鉆孔軸線的裂縫），其延伸方向就是鉆孔橫截面上的最大主應(yīng)力方向。 由于測(cè)量?jī)x表放置在鉆孔孔口地面，所測(cè)的巖體應(yīng)力 SA、 SB還需加上鉆孔的靜水壓力 PH。 一 測(cè)試原理及基本公式（續(xù)） 1 鉆孔測(cè)試段布置 （ 1）在測(cè)試段上下 ，巖性應(yīng)均一完整。 （ 2）由于水壓致裂法需對(duì)測(cè)試孔壓裂段加壓直至巖壁破裂，故要求測(cè)試段串接起來的封隔器加上壓裂段共約 3m長(zhǎng)的巖體透水性小，根據(jù)計(jì)算公式的假定及目前工程實(shí)例統(tǒng)計(jì)巖體滲透系數(shù)應(yīng)小于 1個(gè)呂容值。 （ 3）地質(zhì)描述除應(yīng)與第一節(jié)的第二條相同外，還應(yīng)該提供鉆孔柱狀圖，包括巖性、裂隙密度、巖心獲得率、 RQD及巖體滲透系數(shù) ?值。 二 測(cè)試方法 2 主要儀器設(shè)備 ——鉆機(jī)及附屬設(shè)備； ——橡膠封隔器（與鉆孔孔徑匹配）及高壓軟管； ——壓力傳感器和流量傳感器； ——函數(shù)記錄儀； ——高壓大流量電動(dòng)壓力泵，壓力泵的選擇宜采用大流量和高壓力的電動(dòng)壓力泵，考慮到測(cè)試設(shè)備的輕便化和適用性，本方法要求泵壓不小于40MPa，流量不小于 8L/min，可兩臺(tái)并聯(lián)； ——印模器或鉆孔電視錄像設(shè)備。 3 測(cè)試準(zhǔn)備 ⑴ 根據(jù)鉆孔地質(zhì)資料或鉆孔錄像資料選擇測(cè)段。 ⑵ 清洗鉆孔。 ⑶ 率定傳感器，并進(jìn)行封隔器預(yù)壓試驗(yàn)。 ⑷ 對(duì)加壓管路進(jìn)行高壓密封試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力不應(yīng)小于 20MPa。 ⑸ 檢查定向設(shè)備。 4 測(cè)試步驟 （ 1）串接兩個(gè)橡膠封隔器，用安裝工具放至選定的壓裂段，加壓至預(yù)定的座封壓力，使封隔器膨脹座封于孔壁上。原測(cè)上座封壓力應(yīng)大于橡膠封隔器的擴(kuò)張壓力小于測(cè)試巖體破裂縫的重張壓力，宜在現(xiàn)場(chǎng)通過試驗(yàn)或用同類巖體測(cè)試的經(jīng)驗(yàn)確定。 （ 2）對(duì)壓裂段注水加壓，打開函數(shù)記錄儀連續(xù)記錄壓力， p與時(shí)間 t關(guān)系曲線和流量 Q與時(shí)間 t關(guān)系曲線。 （ 3）從函數(shù)記錄儀上觀察時(shí)間與壓力關(guān)系曲線走勢(shì)，當(dāng)泵壓上升至某一臨界值 pb時(shí)，曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，巖壁破裂，立即關(guān)閉壓力泵停止加壓。 4 測(cè)試步驟（續(xù)） （ 4）當(dāng)曲線下拐并逐步趨于穩(wěn)定后，打開壓力泵閥門卸壓，并關(guān)閉記錄儀。 （ 5）按本條 24款連續(xù)進(jìn)行 34次加壓循環(huán)。 （ 6）測(cè)試完畢后，封隔器卸壓，排出封隔器內(nèi)的液壓劑，從鉆孔中移動(dòng)封隔器，按本條 15款進(jìn)行下一測(cè)試段測(cè)試，直至全孔測(cè)試完成后，從鉆孔中取出封隔器。 （ 7）用定向印模器或鉆孔錄像儀記錄壓裂縫。當(dāng)使用定向印模器記錄壓裂縫時(shí)應(yīng)選擇破裂壓力明顯的壓裂段。 5 測(cè)試成果整理 （ 1）根據(jù)實(shí)測(cè)壓裂過程曲線（圖 ），確定壓裂過程中各特征點(diǎn)參數(shù)。具體步驟如下： 圖 水壓致裂過程與工程巖體應(yīng)力的關(guān)系 5 測(cè)試成果整理 (續(xù) ) ① 利用兩個(gè)串聯(lián)的可膨脹橡膠封隔器（中間以花管和高壓油管聯(lián)接）加壓座封于孔壁上，形成壓裂段（即花管段）。 ② 向壓裂段注水加壓，使其孔壁承受著逐漸增強(qiáng)的液壓作用。 ③ 當(dāng)泵壓上升至某一臨界值 Pb（稱為破裂壓力）時(shí)，由于巖石破裂導(dǎo)致泵壓值急劇下降而流量值急劇上升。 5 測(cè)試成果整理 (續(xù) ) ④ 關(guān)閉壓力泵，當(dāng)泵壓開始趨向穩(wěn)定時(shí)，此段壓裂過程曲線的拐點(diǎn)即為瞬時(shí)關(guān)閉壓力 Ps。 ⑤ 當(dāng)泵壓趨向穩(wěn)定時(shí)，打開壓力泵閥卸壓，壓裂段液壓作用被解除后破裂縫完全閉合，泵壓降為零。 ⑥ 重張，連續(xù)多次（宜為 34次）加壓循環(huán)（此時(shí)壓力與時(shí)間關(guān)系曲線上的最高點(diǎn)即為重張壓力 Pr），以便取得合理的壓裂參數(shù)以及正確地判斷巖石破裂和裂縫延伸的過程。 5 測(cè)試成果整理 (續(xù) ) （ 2）根據(jù)印模或鉆孔錄像資料，繪制壓裂縫形狀，確定壓裂縫方位。 （ 3）測(cè)試成果包括各測(cè)試段的破裂壓力 pb、瞬時(shí)關(guān)閉壓力 ps、重張壓力 pr、孔隙壓力 po、靜水壓力 ph、巖體抗拉強(qiáng)度 ?t、鉆孔橫截面上大主應(yīng)力 SH及方位和小主應(yīng)力 Sh。 在水壓致裂過程中，隨著壓力段液壓增大，孔壁上切向有效壓應(yīng)力將逐漸下降，最終在某部位變?yōu)槔瓚?yīng)力，當(dāng)此拉應(yīng)力值等于或大于巖石的抗拉強(qiáng)度 ?t時(shí)，孔壁上開始出現(xiàn)裂縫，巖石破裂出現(xiàn)的臨界壓力 Pb為 5 測(cè)試成果整理 (續(xù) ) 0tHhb3 pKp ???? ??? （ ） h? H?0tHhb 3 pp ???? ???式中 K——孔隙滲透彈性參數(shù)，可在試驗(yàn)室內(nèi) 確定，其變化范圍為 1≤ K≤2 ； 、 ——分別為鉆孔橫斷面上最大、 最小平面有效主應(yīng)力（ MPa）。 對(duì)非滲透性巖石（巖石滲透系數(shù)小于 1個(gè)呂容值）， K值近似等于 1。式（ ）可簡(jiǎn)化為： （ ） 5 測(cè)試成果整理 (續(xù) ) （ 4）按下列公式計(jì)算巖體應(yīng)力： Sh=ps SH=3Sh－ pb－ po+?t （ ） 或 SH=3Sh－ pr－ po 式中 SH、 Sh——分別為鉆孔橫斷面上的大、小平面主應(yīng)力； Pb——巖體破裂單位壓力， MPa； Po——巖體孔隙單位壓力， MPa； ?t——巖體抗拉強(qiáng)度， MPa； Ps——瞬時(shí)關(guān)閉單位壓力， MPa； Pr——巖體重張單位壓力， MPa。 當(dāng)壓力傳感器安置在地面時(shí)，實(shí)測(cè)的應(yīng)力還需疊加單位靜水壓力 Ph（ MPa）。 5 測(cè)試成果整理 (續(xù) ) （ 5）當(dāng)鉆孔為鉛直方向時(shí)，鉆孔橫截面上大、小主應(yīng)力為最大和最小水平主應(yīng)力，最大水平主應(yīng)力方向?yàn)樗矫鎯?nèi)破裂縫的方向。 第五節(jié) 表面應(yīng)變法測(cè)試 一 測(cè)試基本原理 巖體表面應(yīng)力測(cè)試是通過測(cè)量巖體表面應(yīng)變或位移來計(jì)算應(yīng)力， 用于測(cè)量巖體表面或地下洞室圍巖表面受擾動(dòng)后重新分布的巖體應(yīng)力狀態(tài)。 本測(cè)試方法包括兩種：表面應(yīng)力解除法和表面應(yīng)力恢復(fù)法。 采用應(yīng)力恢復(fù)法需已知巖體某一主應(yīng)力的方向，然后根據(jù)主應(yīng)力方向來確定液壓枕和應(yīng)變計(jì)或位移計(jì)埋設(shè)方向。本方法適用于完整和較完整巖體。 二 測(cè)試方法 1 測(cè)區(qū)布置 （ 1）測(cè)區(qū)及附近巖性應(yīng)均一完整。 （ 2）每一測(cè)區(qū)應(yīng)布置 23個(gè)測(cè)點(diǎn)，各測(cè)點(diǎn)應(yīng)盡量靠近，并避開斷層、裂隙等不良地質(zhì)構(gòu)造。 （ 3）當(dāng)需測(cè)求巖體三維應(yīng)力時(shí)，應(yīng)采用在現(xiàn)場(chǎng)平洞（最好為圓洞）表面布置三個(gè)試點(diǎn)（如 ?=0176。 、 90176。 、 225176。 ）來測(cè)試，應(yīng)避免開挖爆破對(duì)測(cè)點(diǎn)的影響，需認(rèn)真對(duì)試驗(yàn)面進(jìn)行處理。 2 主要儀器和設(shè)備 ——掏槽機(jī)具及配套設(shè)備； ——應(yīng)變計(jì)及讀數(shù)儀； ——液壓枕及壓力表； ——防護(hù)器具； ——率定設(shè)備。 3 測(cè)試準(zhǔn)備 （ 1）根據(jù)測(cè)試要求選擇適當(dāng)場(chǎng)地和試點(diǎn)。 （ 2）試點(diǎn)周圍巖面的修整范圍：解除法應(yīng)大于解除巖心直徑的 2倍；恢復(fù)法，在粘貼應(yīng)變計(jì)的一邊，其長(zhǎng)和寬各應(yīng)為 2倍的槽長(zhǎng)，巖面起伏差不得超過。 （ 3）在已修整的試點(diǎn)范圍內(nèi)，選定粘貼應(yīng)變計(jì)的位置并進(jìn)行細(xì)加工，其范圍應(yīng)大于應(yīng)變計(jì)長(zhǎng)度的 2倍。 （ 4）清洗應(yīng)變計(jì)粘貼部位，進(jìn)行防潮處理并作好粘貼準(zhǔn)備。 （ 5）率定應(yīng)變計(jì)和液壓枕。 4 儀器安裝 （ 1）解除法儀器安裝示如圖 ① 在已處理好的測(cè)試面上布置一組應(yīng)變計(jì)，每組應(yīng)變計(jì)不應(yīng)少于 3只。 ② 粘貼的應(yīng)變計(jì)及測(cè)試系統(tǒng)絕緣度不應(yīng)小于50M?。 ③ 安裝應(yīng)變計(jì)防護(hù)罩，引出測(cè)量導(dǎo)線。 圖 表面應(yīng)力解除法測(cè)量布置圖 4 儀器安裝（續(xù)） （ 2） 恢復(fù)法儀器安裝示如圖 。 圖 恢復(fù)法液壓枕及應(yīng)變計(jì)埋設(shè)示意圖 4 儀器安裝（續(xù)） ① 在已處理好的試點(diǎn)面上，安裝應(yīng)變計(jì)，其方向應(yīng)與解除槽方向垂直，應(yīng)變計(jì)的中心點(diǎn)到解除槽中心線的距離為槽長(zhǎng)的 1/3。 ② 應(yīng)變計(jì)的粘貼、防潮及防護(hù)處理與解除法儀器安裝規(guī)定相同。 ③ 應(yīng)變計(jì)安裝完畢后，每隔 5min讀數(shù)一次，連續(xù)三次相鄰讀數(shù)差，鋼弦應(yīng)變計(jì)不大于 3Hz，電阻應(yīng)變計(jì)不超過 5??，即為穩(wěn)定讀數(shù)，并記為初始值。 4 儀器安裝（續(xù)） ④ 按解除槽預(yù)定深度及寬度掏槽，每掏槽2cm深測(cè)讀應(yīng)變計(jì)讀數(shù)一次，直至滿足埋設(shè)壓力枕要求。 ⑤ 掏槽結(jié)束后，按③款規(guī)定的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)測(cè)讀應(yīng)變計(jì)讀數(shù)。 ⑥ 清洗解除槽，埋入液壓枕，填筑并搗實(shí)砂漿，養(yǎng)護(hù) 7d。 5 解除法測(cè)試及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn) ⑴ 從鉆具中引出應(yīng)變計(jì)電纜并接通儀器，向測(cè)試點(diǎn)連續(xù)沖水 30min，檢查隔溫、防潮效果，并在沖水過程中檢查應(yīng)變計(jì)讀數(shù)有無漂移。 ⑵ 用鉆機(jī)分級(jí)解除，每級(jí)深 2cm或按 h/D=分級(jí)（ h為解除槽深度， D為解除巖心直徑），每級(jí)解除后測(cè)讀應(yīng)變計(jì)穩(wěn)定讀數(shù)。 ⑶ 解除結(jié)束后，按上述穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)測(cè)讀應(yīng)變計(jì)讀數(shù)。 ⑷ 最終解除深度不應(yīng)小于解除巖心直徑的 倍。 6 恢復(fù)法測(cè)試及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn) ⑴ 加壓恢復(fù)時(shí)宜采用大循環(huán)法分級(jí)加壓，級(jí)數(shù)不得少于 6級(jí)，測(cè)試時(shí)應(yīng)記錄每級(jí)壓力下的應(yīng)變計(jì)讀數(shù)。 ⑵ 最大一級(jí)壓力，應(yīng)大于掏槽解除結(jié)束時(shí)穩(wěn)定應(yīng)變值的相應(yīng)壓力。 ⑶ 取出液壓枕，并描述其埋設(shè)情況。 7 解除法測(cè)試成果整理 ⑴ 各級(jí)解除深度時(shí)的應(yīng)變值計(jì)算 1）采用鋼弦應(yīng)變計(jì)時(shí)按下式計(jì)算： （ ） 式中 ?i——解除應(yīng)變值， ??； fni——與解除深度對(duì)應(yīng)的應(yīng)變計(jì)讀數(shù)， Hz； f0——應(yīng)變計(jì)初始讀數(shù)， Hz； ?——應(yīng)變計(jì)的率定系數(shù)， ??/Hz2。 )( 202nii ff ?? ??7 解除法測(cè)試成果整理（續(xù)） 2）采用電阻片應(yīng)變計(jì)時(shí)按下式計(jì)算： ?i=?n－ ?0 （ ）